Le prix Nobel de chimie 2021 est décerné à Benjamin List et David MacMillan pour le développement d'organocatalyseurs, des outils pour construire des molécules.
Image :Ill. Niklas Elmehed © Sensibilisation du prix Nobel.
Les organocatalyseurs ont eu un impact énorme sur la découverte de médicaments et ont rendu la chimie plus verte, a déclaré le comité du prix Nobel. Les catalyseurs sont des substances qui dirigent et accélèrent les réactions chimiques, sans faire partie du produit final. Par exemple, les convertisseurs catalytiques des voitures transforment les substances toxiques des gaz d'échappement en molécules inoffensives.
Notre corps contient des milliers de catalyseurs, des enzymes, qui forment des molécules vitales. Mais construire des molécules en dehors du corps des êtres vivants est une tâche difficile. Or, la société est dépendante de toutes sortes de molécules, qui peuvent, par exemple, stocker de l'énergie dans des batteries ou lutter contre des maladies. Les catalyseurs sont donc des outils fondamentaux pour les chimistes.
Les chercheurs ont longtemps cru qu'il n'existait que deux types de catalyseurs :les métaux et les enzymes. Benjamin List (Max-Planck-Institut für Kohlenforschung) et David MacMillan (Université de Princeton) ont développé indépendamment un troisième type de catalyse en 2000 :l'organocatalyse asymétrique. Benjamin List s'est demandé s'il fallait une enzyme complète pour une réaction catalytique. Il a découvert que la proline, un acide aminé, pouvait parfaitement catalyser une réaction chimique. David MacMillan a travaillé avec des catalyseurs métalliques facilement détruits par l'humidité. Il a commencé à chercher un type de catalyseur plus durable et a trouvé une molécule organique simple qui fonctionnait très bien.
Les catalyseurs organiques sont de petites molécules organiques. Ils ont une charpente d'atomes de carbone, auxquels des groupes chimiques plus actifs peuvent se fixer. Ils sont principalement constitués d'oxygène, d'azote, de soufre et de phosphore. De par leur composition, les catalyseurs organiques sont donc à la fois écologiques et bon marché, contrairement par exemple à l'aluminium ou au platine.
La particularité des catalyseurs organiques est qu'ils peuvent effectuer une catalyse asymétrique. En biologie, de nombreuses molécules sont des images miroir les unes des autres, tout comme nos mains. "Par exemple, la molécule qui sent le citron est l'image miroir de la molécule qui sent l'orange", a déclaré Göran Hansson, secrétaire général du Comité du prix Nobel, lors de l'annonce. Lorsque les chimistes construisent des molécules, ils n'en veulent généralement qu'une seule. Les catalyseurs organiques parviennent à orienter la réaction de telle manière que l'image miroir ne se crée pas.
La molécule qui sent le citron est l'image miroir de la molécule qui sent l'orange. © Johan Jarnestad/L'Académie royale des sciences de Suède.
La catalyse organique s'est développée à une vitesse étonnante depuis 2000. Benjamin List et David MacMillan ont montré que les catalyseurs organiques peuvent entraîner un large éventail de réactions chimiques. Cela rend la production, par exemple, de nouveaux médicaments en molécules capables de capturer la lumière dans les cellules solaires beaucoup plus efficace.
