Ohne die Katalyse würden viele chemische Reaktionen nicht stattfinden und ein Großteil unseres eigenen Stoffwechsels wäre nicht möglich. Denn um chemische Bindungen aufzubrechen und neu zu knüpfen, muss oft eine Energiebarriere überwunden werden. Ein Katalysator bewerkstelligt dies, indem er vorübergehend an der Reaktion teilnimmt und beispielsweise Elektronen von einem Molekül zum anderen transferiert. Bevor die beiden Preisträger im Jahr 2000 ihre bahnbrechenden Erkenntnisse publizierten, kannte man nur zwei Arten solcher Katalysatoren. In der Natur und auch im menschlichen Körper dienen Enzyme als katalytische Reaktionshelfer. Oft sind ganze Serien solcher Proteine hintereinander geschaltet, um die komplexen biochemischen Reaktionen in Gang zu halten. Sich diese Enzyme aber im Labor für die Katalyse zu Nutze zu machen, ist kompliziert und nicht immer möglich.
Die zweite Art von Katalysatoren sind anorganische Metallverbindungen, wie sie beispielsweise in der Abgasreinigung von Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Sie sind allerdings meist wenig umweltfreundlich und viele von ihnen arbeiten nur unter Sauerstoffabschluss und in trockener Umgebung effektiv. Hinzu kommt, dass diese anorganischen Katalysatoren meist Molekülmischungen, sogenannte Razemate, erzeugen: Bei chiralen Molekülen, die asymmetrisch geformt sind und in zwei Konfigurationen oder “Händigkeiten” vorkommen, entstehen durch diese Katalysatoren meist beide Formen zu nahezu gleichen Anteilen. Das Problem jedoch: Gerade in der Biochemie und Medizin spielt die Chiralität eine entscheidende Rolle für die Eigenschaften, die Wirkung und das Verhalten des Moleküls. Eine Variante kann eine effektive Medizin sein, die andere dagegen wirkungslos. An diesem Punkt setzen nun die Arbeiten der beiden Preisträger an.
List: Eine Aminosäure als Katalysator
Benjamin Lists ging bei seiner Forschung von Enzymen aus – komplexen Proteinen aus hunderten Aminosäuren. Er stellte sich die Frage, ob für die Katalyse-Funktion eines Enzyms immer die Gesamtheit aller Aminosäuren und ihrer Konfiguration nötig war: Könnte es ein, dass für manche Katalyse-Reaktionen nur eine oder wenige Aminosäuren ausreichten? Um eine Antwort zu finden, experimentierte List mit der Aminosäure Prolin, von der man schon wusste, dass sie bei bestimmten chemischen Reaktionen eine katalytische Wirkung entfalten kann. In seinen Versuchen testete der Forscher, ob Prolin die sogenannte Aldol-Reaktion katalysieren kann. Bei dieser Reaktion reagieren Aceton und aromatische Aldehyde miteinander und bilden neue Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen.
Es gelang: Wie List herausfand, bildet das Zusammenspiel des im Prolin enthaltenen Stickstoffatoms mit einem Proton der Reaktionspartner ein Zwischenprodukt, das die Bildung der neuen Verbindung stabilisiert und begünstigt. Und nicht nur das: Anders als bei Metallkatalysatoren entstand dabei bevorzugt eine der beiden asymmetrischen Molekülformen. Im Februar 200 veröffentlichte List seine Ergebnisse und beschrieb das Konzept als ganz neue Form der asymmetrischen Katalyse mit organischen Molekülen.
