Nobelpreislexikon

Der Chemie-Nobelpreis 2016

Der Chemienobelpreis 2016 geht an den französischen Chemiker Jean-Pierre Sauvage (*1944), den britischen Chemiker Sir J. Frazer Stoddart (*1942) sowie den niederländischen Chemiker Bernard L. Feringa (*1951) für das Design und ihre Synthesen molekularer Maschinen.

Preisübergabe erfolgt im Rahmen einer großen Feier am 10. Dezember, dem Todestag Alfred Nobels.

Weblink (mit Bildern):

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2015/(Seite der Nobelstiftung)

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2016/press.html (Pressemitteilung der Nobel-Stiftung)

Website der Arbeitsgruppe-Sauvage

Website der Arbeitsgruppe-Stoddart

Website der Arbeitsgruppe-Feringa

Der Chemie-Nobelpreis 2015

Der Chemienobelpreis 2015 geht an die Forscher Tomas Lindahl (*1938), Paul Modrich (*1946) und Aziz Sancar (*1946) für ihre Erforschung der DNA-Reparaturmechanismen.

Tomas Lindahl (*1938 in Stockholm) ist ein schwedischer Mediziner, der mit einer Arbeit über die Struktur der DNA in Lösungen 1967 am Karolinska Intitut (wo auch der Nobelpreis verkündet wird) bei Stockholm promovierte. Nach einem Post-Doc-Aufenthalt in den USA ging der Wissenschaftler 1969 zurück an das Karolinska Intitut, später wurde er Professor in Göteborg. Sein Arbeitsschwerpunkt ist die Erforschung von DNA-Reparatursystemen. Lindahl konnte als Erster zeigen, dass die menschliche Erbsubstanz DNA gar nicht so stabil ist wie man zuvor dachte, und daher eigentlich nicht für eine korrekte Vererbung geeignet sei. Dann entdeckte Lindahl, dass die DNA in den Zellen laufend mit besonderen Enzymen – den Glykosylasen – durch Exzision (Herausschneiden von fehlerhaften DNA-Basen) repariert wird, damit bei der Vererbung weniger Fehler übertragen werden. Für seine Forschungsergebnisse wurde der inzwischen emeritierte Lindahl bereits mehrfach ausgezeichnet.

Paul Modrich (*1946) ist ein amerikanischer Biochemiker, der 1973 an der renommierten Stanford University promovierte. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der Krebsmedizin und dabei insbesondere in der Erforschung der Erbsubstanz DNA. Er arbeitet gegenwärtig als Professor an der Duke University in Durham (USA). Modrich untersuchte bestimmte DNA-Fehler, die nur bei der Zellteilung auftreten und für die Erkrankung an vererbbaren Darmkrebs verantwortlich sind. Dabei entdeckte Modrich einen speziellen, mit dem Enzym DNA-Polymerase ausgeführten Reparaturmechanismus, welcher die Wahrscheinlichkeit einer falschen Basenpaarung in der DNA (s.u. DNA-Struktur) durch laufende Reparaturkontrolle („mismatch-repair“) auf ein Tausendstel senkt.

Aziz Sancar (*1946 in Savur, Türkei) hat die türkische und die US-amerikanische Staatsbürgerschaft. Sancar promovierte 1977 an der University of Texas in Dallas. Sein Forschungsgebiet ist die Molekulargenetik, heute ist er Professor an der University of North Carolina School of Medicine (USA). Sancar entdeckte die speziellen Reparaturmechanismen zur Reparatur von DNA-Schäden, die durch UV-Strahlung entstehen und Hautkrebs verursachen können. Bei dem von ihm entdecktem Mechanismus wird mit speziellen Enzymen – den Photylasen – eine ganze Nukleotid-Einheit aus der DNA herausgeschnitten (nucleotide excision). Die DNA ist eine Kette von Nukleotiden, wobei die Nukleotide aus einem Basen-Molekül, einem Zuckermolekül und einem Phosphorsäurerest bestehen.

Hintergrund: Die Information über unser Erbgut liegt auf dem Molekül DNA (Desoxyribonukleinsäure, DNS). Das strangförmige DNA-Molekül besteht aus Nukleotid-Einheiten, welche wiederum jeweils aus einem Basen-Molekül, einem Zuckermolekül und einem Phosphorsäurerest bestehen. Dabei treten vier unterschiedliche Basen-Moleküle auf: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T).

Animiertes Strukturmodel der DNA-Helix, Bild: R. Wheeler (zephyris auf wikipedia)

Ein DNA-Molekül besteht aus zwei Nukleotid-Strängen, die sich helixartig winden, wobei gegenüberliegnde Basen über Wasserstoffbrückenbindungen zu A-T und G-C gepaart werden.
Äußere Einwirkungen wie UV-Strahlung, radioaktive Strahlung oder bestimmte Chemikalien oder auch spontane Mutationen können zu Fehlern beim Aufbau der DNA führen, wie z.B. einer falschen Basenpaarung. Diese Fehler treten laufend auf, und können, wenn sie nicht repariert werden, z.B. zur Produktion fehlerhafter Proteine führen und schwerwiegende Erkrankungen verursachen. Lindahl, Modrich und Sancar entdeckten die wichtigsten Reparaturmechanismen, um DNA-Fehler zu reparieren. Eine entscheidende Rolle bei der DNA-Reparatur spielen Enzyme (Reparaturenzyme) wie z.B. die Glykosylase, die Photylase oder die DNA-Polymerase. Nichts desto trotz bleiben einige Fehler wichtig, d.h. eine 100-prozentige DNA-Reparatur ist gar nicht sinnvoll, da mittels „fehlerhafter“ Mutationen die Evolution voranschreiten und neue, besser angepasste Varianten erschaffen kann.

Basenpaarung in DNA-Struktur, Bild: madprime auf wikipedia

Preisübergabe erfolgt im Rahmen einer großen Feier am 10. Dezember, dem Todestag Alfred Nobels.

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http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2015/(Seite der Nobelstiftung)

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2015/press.html (Pressemitteilung der Nobel-Stiftung)

Website der Arbeitsgruppe Tomas Lindahl

Website der Arbeitsgruppe Paul Modrich

Website der Arbeitsgruppe Aziz Sancar

Der Chemie-Nobelpreis 2014

geht an den deutschen Biophysiker Stefan W. Hell (*1962) und an die Physiker Eric Betzik (*1960) und William E. Moerner (*1953) aus den USA für ihre Entwicklung der ultrahochauflösenden Fluoreszenz-Mikroskopie, die sogar Moleküle sichtbar machen kann.

Stefan W. Hell (*1962 in Arad, Rumänien) studierte Physik an der Universität Heidelberg, wo er bereits im Gebiet der hochauflösenden Mikroskopie promovierte. Es folgten Forschungsaufenthalte in Turku und Oxford. 1996 schloss Hell seine Habilitation wieder in Heidelberg ab. Stefan Hell entwickelte im Jahr 2000 die Methode der STEP-Mikroskopie (Stimulated Emission Depletion), eine Technik der Fluoreszenz-Mikroskopie, die erstmals eine nanoskalierte Live-Beobachtung von Molekülen erlaubte. 2002 wurde Stefan Hell Direktor am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen, seit 2013 ist er Mitglied der altehrwürdigen Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina mit Sitz in Halle.

Chemienobelpreisträger Stefan W Hell (Bild: Stefan W. Hell // B. Schuller)

Eric Betzik (*1960, Ann Abor, Mi, USA) und William E. Moerner (*1953, Pleasanton, Ca, USA) promovierten beide in Physik an der Cornell University in Ithaca (NY, USA), entwickelten aber unabhängig voneinander eine zweite Methode der hochauflösenden Fluoreszenz-Mikroskopie, die sogenannte Single-Molecule-Microscopy. Bei dieser Methode wird die Fluoreszenz-Eigenschaft von Molekülen viele Male an- und abgeschaltet und abgebildet. Die übereinandergelegten Bilder erlauben ebenfalls eine nanoskalierte Beobachtung von Molekülen. Betzig arbeitet gegenwärtig am Janelia Farm Research Campus am Howard Hughes Medical Institute in Ashburn (VA, USA), Moerner ist Professor an der Stanford University (Ca, USA).

Chemienobelpreisträger William E. Moerner (Bild: Kevin Lowder)

Zum Thema:
Der berühmte deutsche Physiker Ernst Abbe (1840-1905), Fachmann für Mikroskopie und später Inhaber des Jenaer Unternehmens Carl Zeiss sowie Begründer des Jenaer Glaswerks Schott hatte 1873 postuliert, dass die Auflösung der Lichtmikroskopie aus technischen Gründen nicht genauer werden kann als etwa die halbe Lichtwellenlänge (200-400 nm). Der Chemie-Nobelpreis 2014 zeichnet nun die Leistung aus, diese Auflösungsgrenze mit dem Lichtmikroskop unterschreiten zu können. Basis dafür ist die Technik der Fluoreszenz-Mikroskopie. Fluoreszenz ist die schnelle Abstrahlung von Licht von einem Material, das zuvor (z.B. mit einem Laser) entsprechend angeregt wurde. Bei der Anregung erreichen Elektronen ein energiereicheres Niveau, dann „fallen“ sie wieder auf das Ausgangsniveau zurück. Der energetische Niveauunterschied wird als Licht entsprechender Frequenz abgestrahlt (Lumineszenz), z.B. als kurzlebige Fluoreszenz-Strahlung, die etwas langwelliger ist als die Anregungsstrahlung. In der Fluoreszenz-Mikroskopie wird nun das zu untersuchende Material mit einem Fluoreszenzfarbstoff behandelt, der im Licht angeregt wird. Der Unterschied in der Wellenlänge zwischen abgestrahlter Fluoreszenz und der Strahlung zur Anregung ermöglicht, dass das Material mit einer Auflösung unterhalb der Lichtwellenlänge und mit besonders gutem Kontrast beobachtet werden kann. Bei der STEP-Fluoreszenz-Mikroskopie von Stefan Hell werden Moleküle zunächst mit einem Laserstrahl zur Fluoreszenz angeregt, durch selektive Abregung mit einem zweiten Laser kann dann das abgestrahlte Fluoreszenzlicht auf die gewünschte nanoskalare Ebene gefiltert werden, so dass die Moleküle ultrahoch aufgelöst und sogar im Live-Modus beobachtet werden können.

Immunfluoreszenz-Aufnahme im Spinalganglion der Ratte. Zwei verschiedene Proteine wurden mit rot oder grün fluoreszierenden Markern gefärbt (Bild: Zsynth bei de.wikipedia)

Diese neue „Nanoskopie“ erlaubt sogar die Verfolgung einzelner Moleküle in der Zelle. Von dieser Methode werden für die Zukunft noch viele neue, zellbiologisch und pharmakologisch relevante, Erkenntnisse erwartet.

Preisübergabe erfolgt im Rahmen einer großen Feier am 10. Dezember, dem Todestag Alfred Nobels.

Weblink (mit Bildern):

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/(Seite der Nobelstiftung)

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/press.html (Pressemitteilung der Nobel-Stiftung)

Arbeitsgruppe Stefan Hell am MPI in Göttingen

Homepage Stefan Hell an der Leopoldina in Halle

Arbeitsgruppe Eric Betzig

Arbeitsgruppe William Moerner

Stockholm, 9. Oktober 2013

Der Chemie-Nobelpreis 2013 geht Martin Karplus, Michael Levitt und Arieh Warshel für die Entwicklung von Multiskalenmodellen für komplexe chemische Systeme, ein Gebiet in der theoretischen Chemie mit dem Verfahren der Computersimulation zum Verständnis über das dynamische Verhalten von Molekülen.

Martin Karplus stammt aus Wien (*1930), seine Familie emigrierte 1938 aus Österreich in die USA, wo er studierte und in der Arbeitsgruppe des berühmten Chemikers und Nobelpreisträger Linus Pauling promovierte. Als theoretischer Chemiker spezialisierte sich Karplus auch auf die Simulation des dynamischen Verhaltens von Molekülen. Karplus ist Mitautor des Computerprogramms CHARMM (Chemistry at Harvard Makromolekular Mechanics), das sich zur Simulation der Moleküldynamik von biologischen Makromolekülen wie Proteinen oder der DNA eignet. Chemikern, die die NMR-Spektroskopie nutzen, ist er auch über die Karplus-Gleichung bekannt.

Martin Karplus

Michael Levitt (*1940, Pretoria, Südafrika) erforscht in Stanford als Physiker bzw. Biophysiker die molekulare Struktur und die Dynamik großer biologischer Moleküle wie z.B. Proteine.

Michael Levitt

Arieh Warshel (*1940, in einem Kibbutz in Israel) promovierte nach seinem Studium als Chemiker am Weizmann-Institut in Israel. Danach wechelte er an die Universität Harvard, kam zurück und arbeitete danach an der USC (University of Southern California) auf dem Gebiet der Computersimulation zum Verhalten komplexer biologischer Systeme.

Arieh Warshel

Hintergrund: Der diesjährige Chemienobelpreis steht für ein modernes Forschungsgebiet der Chemie: Die Computersimulation zur Vorhersage des Verhaltens von chemischen Molekülen. Karplus, Levitt und Warshel sind die Pioniere dieser Methode. Unter Nutzung der Kenntnisse der theoretischen Chemie, d.h. die bekannten quantenmechanischen Beschreibungen von Molekülen, und unter Nutzung der Erkenntnisse aus der Strukturforschung (z.B. aus der Röntgenstrukturanalyse), gelang es Ihnen Computermodelle zur Vorhersage des Verhaltens von Molekülen zu entwickeln. Insbesondere komplexe chemische Systeme, wie z.B. die Proteine in biologischen Systemen können nicht einfach direkt quantenmechanisch berechnet werden, hier hilft die Computersimulation entscheidend weiter. Diese Methode ist auch von medizinischer Bedeutung: So kann per Simulation das mögliche Verhalten von pharmakologischen Wirkstoffen auf Proteine im Körper vorhergesagt werden, so dass diese Daten beispielsweise für das Drug Design genutzt werden können. Ein weiteres Stichwort ist hier das Molecular Modelling. Heute haben alle großen Pharmafirmen spezielle Abteilungen, die sich dieser computergestützten Methoden bedienen. Der Computer ist damit eine Art virtuelles Reagenzglas.

Die Chemie-Nobelpreisträger 2013 forschen alle an renommierten US-Universitäten, Karplus in Harvard, Levitt in Stanford und Warshel an der USC (University of Southern California). Alle drei Chemiker arbeiten auf einem der modernsten Gebiete der Grundlagenforschung in der theoretischen Chemie: der Computersimulation zum Verständnis der Moleküldynamik.

Die Preisübergabe erfolgt im Rahmen einer großen Feier am 10. Dezember, dem Todestag Alfred Nobels.

Weblink (mit Bildern):

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2013/(Seite der Nobelstiftung)

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2013/press.html (Pressemitteilung der Nobel-Stiftung)

Martin Karplus an der Universität Harvard: http://chemistry.harvard.edu/people/martin-karplus

Michael Levitt in Stanford: http://csb.stanford.edu/levitt/

Arieh Warshel an der USC: http://futura.usc.edu/wgroup/people/warshel/

Stockholm, 10. Oktober 2012

Heute wurde um 11:45 Uhr der Chemie-Nobelpreis 2012 bekanntgegeben.

Der Chemie-Nobelpreis 2012 geht an die beiden US-amerikanischen Wissenschaftler Robert J. Lefkowitz (*1943) und Brian K. Kobilka (*1955).

Sie werden für ihre Forschungen zu der Rezeptorgruppe der G-Protein gekoppelten Rezeptoren mit dem Nobelpreis für Chemie 2012 ausgezeichnet.

Robert J. Lefkowitz (*1943, New York City, NY, USA) studierte zunächst Chemie, später Medizin. Er arbeitet am Howard Hughes Medical Institut und an dem Duke University Medical Center (Durham, NC, USA). Ihm gelang in den späten 1960iger Jahren erstmals die Isolierung von G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR) und er erforschte ihre biochemische Regulation im Körper mit radioaktiv markierten Rezeptorproteinen. So konnte Lefkowitz feststellen unter welchen Bedingungen diese Rezeptoren an- und abgeschaltet werden.
Brian K. Kobilka (*1955, Little Falls, MN, USA) studierte zunächst Chemie und Biologie, dann Medizin. Er forscht an der medizinischen Fakultät der Universität Stanford in Kalifornien (USA). Kobilka klärte in jahrelangen Arbeiten u.a. den genetischen Code zu GPCR-Rezeptorproteinen auf.

Hintergrund: Die biologischen Rezeptoren aus der Gruppe der G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR) sitzen in der Zellmembran. Es sind inzwischen etwa 1000 solcher Rezeptoren bekannt. Sie sind maßgeblich verantwortlich für den Geschmacks- und Geruchssinn auch den Lichtsinn sowie die Erkennung vieler wichtiger Faktoren zur Regulation, so z.B. für die Herzschlagfrequenz. Die pharmakologische Bedeutung der GPCR-Rezeptoren liegt vor allem darin, dass sehr viele Medikamente hier erfolgreich ansetzen, darunter beispielsweise Medikamente gegen einen erhöhten Blutdruck wie etwa Betablocker. Betablocker beispielsweise blockieren bestimmte beta-Rezeptoren, die beta-Adrenozeptoren (auch diese gehören zur Gruppe der GPCR-Rezeptoren), an die ansonsten das Stresshormon Adrenalin bindet. Die Wirkung des Adrenalins wird so gesenkt, und damit sinkt auch der Blutdruck. Andere Medikamente binden an Rezeptoren um Allergien zu verhindern.
Inzwischen wurde von verschiedenen Forschungsgruppen auch der strukturelle Aufbau einiger GPCR-Rezeptorproteine aufgeklärt (siehe Schema Bild unten).

Schema der Struktur von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (Bild: Sven Jähnichen, bei Wikipedia)

Die Preisübergabe erfolgt im Rahmen einer großen Feier am 10. Dezember, dem Todestag Alfred Nobels.

Weblink (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2012/ (Seite der Nobelstiftung)

http://med.stanford.edu/kobilkalab/index.html (Labor von Kobilka an der Universität Stanford)

http://www.lefkolab.org/ (Labor von Lefkowitz)

Stockholm, 5. Oktober 2011, 11:45 Uhr:
Der Chemie-Nobelpreis 2011 geht an den israelischen Physiker Daniel Shechtman (*1941, Tel Aviv) für die Entdeckung der Quasikristalle. Dan Shechtman arbeitet derzeit am Israel Institute of Technology in Haifa.

Geometrie eines Quasikristalls einer Silber-Aluminium-Legierung, gut erkennbar die fünfzählige Symmetrie gemäß Penrose-Muster

Shechtman entdeckte die Quasikristalle 1982 bei Experimenten mit Aluminiumlegierungen an der Johns Hopkins University (Baltimore, USA) und erregte damit großes Aufsehen, weil die in Quasikristallen gefundenen fünfzähligen Symmetrien bei Kristallen nicht für möglich gehalten wurden. Kristalle sind für gewöhnlich periodisch aufgebaut und erfüllen die Translationssymmetrie, d.h. ihre kleinsten Einheiten, die Elementarzellen, wiederholen sich in allen drei Raumrichtungen, wobei der Raum vollständig aufgefüllt wird. Kristalle können dabei ein-, zwei-, drei-, vier- und sechszählige Symmetrien aufweisen, nicht aber fünfzählige Symmetrien.

Quasikristalle erfüllen dagegen die Translationssymmetrie nicht, wohl aber ein periodisches Anordnungsmuster. Ihre Struktureinheiten zeigen eine fünfzählige Symmetrie gemäß dem Penrose-Muster (entdeckt 1973 von Robert Penrose), das als nicht-translationssymmetrische Geometrie dennoch Flächen vollständig auszufüllen vermag. Interessanterweise findet man solche fünfzähligen und flächenfüllenden Strukturmuster auch bei alten islamisch-persischen Kacheldekorationen.

Die Preisübergabe erfolgt im Rahmen einer großen Feier am 10. Dezember, dem Todestag Alfred Nobels.

Weblink (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2011/ (Seite der Nobelstiftung)

Die Arbeitsgruppe von Dan Shechtman

Mit dem Chemienobelpreis 2010 wurden die Forscher Richard F. Heck,
Ei-ichi Negishi und Akira Suzuki für die von ihnen gefundenen Palladium-katalysierten Kupplungsreaktionen zur Knüpfung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, das sind die Heck-Reaktion, die Negishi-Reaktion und die Suzuki-Reaktion, ausgezeichnet.

Die Chemie-Nobelpreisträger 2010 sind der amerikanische Chemiker Richard Fred Heck (*1931 in Springfield, Mass., USA), Wissenschaftler an der Universität Delaware in Newark (Del., USA), der japanische Chemiker Ei-ichi Negishi (*1935) von der University Purdue in West Lafayette (Indiana, USA) und der japanische Chemiker Akira Suzuki (*1930,) von der Hokkaido-Universität in Sapporo in Japan.

Kupplungsreaktionen dienen durch Bindungsknüpfung zwischen Kohlenstoffatomen dem Aufbau bzw. der Synthese von organischen Verbindungen, wie sie überall in der Industrie, sei es in der nahezu gesamten chemischen Industrie, in der Elektronikbranche oder in der Pharmazie, benötigt werden. Die von Heck, Negishi und Suzuki gefundenen Palladium-katalysierten Kupplungsreaktionen sind von größter Bedeutung für die Herstellung verschiedenster Verbindungen in der organischen Chemie, beispielsweise der Grundstoff Biphenyl, aber auch spezielle Krebsmedikamente oder das Material, aus denen organische Leuchtdioden (OLED) bestehen .

Biphenyl - ein typisches Produkt der Suzuki-Reaktion

Hintergrund: Die von den Preisträgern gefundenen chemischen Reaktionen gehören zur Gruppe der metallorganischen Kupplungsreaktionen, in denen neue Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen (C-Atome) mit Hilfe von Metallkatalysatoren, etwa Palladium, gebildet werden. Findet eine solche Kupplungsreaktion zwischen zwei verschiedenen Molekülen statt, spricht man von einer Kreuzkupplungsreaktion (engl.: cross-coupling-reaction).

Heck-Reaktion:
Die Palladium-katalysierte C-C-Kupplung zwischen einem Arylhalogenid (z.B. Brombenzol) oder alternativ einem Vinylhalogenid und einem Alken wurde von Heck im Jahr 1982 veröffentlicht. Die Doppelbindung im Alken bleibt dabei erhalten. Die Reaktion kann sehr vereinfacht so dargestellt werden:
H₅C₆-X + H₂C=CR₂ H₅C₆-CH₂=CR₂
(wobei: H₅C₆-X = Arylhalogenid, X = Halogen, z.B. Brom, R= organischer Rest)

Negishi-Reaktion:
Die Palladium-katalysierte C-C-Kupplung zwischen einem organischen Halogenid und einem Zinkorganyl  in der Negishi-Reaktion wurde von Negishi im Jahr 1977 veröffentlicht und kann sehr vereinfacht so dargestellt werden:
R-X + R‘-Zn-R R-R‘
(wobei: R = organischer Rest (Aryl-, oder Alkylrest), R‘ = weiterer organischer Rest (Aryl-, oder Alkylrest), X = Halogen, Zn = Zink)

Suzuki-Reaktion:
Die Palladium-katalysierte C-C-Kupplung zwischen Arylhalogeniden und Arylborverbindungen in der Suzuki-Reaktion dient der Synthese von Biphenylen (vgl. Abbildung oben) und wurde von Suzuki im Jahr 1994 veröffentlicht. Diese Reaktion kann sehr vereinfacht so dargestellt werden:
H₅C₆-X + H₅C₆-BOOH H₅C₆-C₆H₅
(wobei: H₅C₆-X = Arylhalogenid, X = Halogen, z.B. Brom, H₅C₆-BOOH = Arylboronsäure, , H₅C₆-C₆H₅ = Biphenyl, vgl. Abbildung oben)

Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2010/ (Information der Nobelstiftung zum Chemienobelpreis 2010)
http://www.organische-chemie.ch/OC/Namen/Heck.htm (Details zur Heck-Kupplung)
http://www.organische-chemie.ch/OC/Namen/Suzuki.htm (Details zur Suzuki-Kupplung)
http://www.organische-chemie.ch/OC/Namen/Negishi.htm (Details zur Negishi-Kupplung)

Der Nobelpreis für Chemie 2000 ging an die Forscher Alan J. Heeger, Alan MacDiarmid und Hideki Shirakawa für die Entwicklung elektrisch leitfähiger Polymere.

Über die Chemienobelpreisträger und die gewürdigten Arbeiten:

Dem amerikanische Chemiker Alan J. Heeger (*1936 in Sioux City, Iowa, USA), zuletzt Direktor am Institute for Polymers and Organic Solids an der University of California, dem neuseeländischen Chemiker Alan MacDiarmid (*1927 in Masterton, Neuseeland; †2007) von der University of Pennsylvania sowie dem japanische Chemiker Hideki Shirakawa (*1936 in Japan) gelangen die Herstellung von zunächst halbleitenden und später metallisch leitenden Polymeren. Den Beginn machte Shirakawa mit der Entdeckung der halbleitenden Formen cis- und trans-Polyethin (Polyacetylen). Mit Hilfe geeigneter Dotierung mit Fremdelementen (z.B. mit Iod) konnten Heeger und MacDiarmid  Polyacetylene mit sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit herstellen.

Struktur des polymeren Halbleiters trans-Polyethin (trans-Polyacetylen)

Hintergrund: Unter Kunststoffen versteht man vorzugsweise organische Polymerverbindungen, die in der Regel elektrische Isolatoren darstellen und nicht leitend sind. Leitfähige Polymere beruhen auf Polymeren mit beweglichen π-Elektronensytemen aus Strukturen mit abwechselnden Doppelbindungen. Per Dotierung (Versetzung) mit geeigneten Fremdatomen kann diese elektrische Leitfähigkeit stark erhöht werden, bis auf Werte, wie man sie von Metallen wie Kupfer oder Silber kennt. Da Polyethin an Luft und unter Lichteinwirkung nicht dauerhaft stabil ist, beruhen leitfähige Polymere heute auf stabileren Polymeren mit aromatischen Kernen, beispielsweise Poly-para-phenylen (PPP) oder Polypyrrol. Leitfähige Polymere werden beispielsweise in bestimmten Lithium-Batterien oder in speziellen Leuchtdioden, den OLED’s (Organic Light Emitting Diode), eingesetzt. Die OLED-Technologie kommt auch bei der Technik von Bildschirmen zum Einsatz. Text © Ansgar Bach

Weblinks (mit Bildern):

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2000/ (Seite der Nobelstiftung)

Der Nobelpreis für Chemie 2001 ging an die Forscher William S. Knowles, Ryoji Noyori und Barry Sharpless für die Entwicklung chiraler Katalysatoren für Hydrierungsreaktionen und Oxidationsreaktionen.

Über die Chemienobelpreisträger und die gewürdigten Arbeiten:

Dem amerikanische Chemiker William S. Knowles (* 1917 in Taunton, Mass., USA),  bis 1986 Chemiker bei dem Chemiekonzern Monsanto, gelang die enantiomerenreine Produktausbeute aus stereoselektiven Hydrierungsreaktionen durch von ihm entwickelte chirale Katalysatoren. William S. Knowles arbeitete lange Zeit mit Robert B. Woodward auf dem Gebiet der Steroide zusammen. Der japanischen Chemiker Ryoji Noyori (*1938 in Kobe, Japan),  zuletzt Professor an der Universität Nagoya, und der amerikanische Chemiker Karl Barry Sharpless (*1941 in Philadelphia, USA), zuletzt Professor am Scripps Rearch Institute, machten ihren Post-Doc bei dem berühmten Chemiker Elias Corey in Harvard und waren früh auf dem Gebiet stereoselektiver Synthesen mit chiralen Katalysatoren spezialisiert. Ihre chiralen Katalysatoren sind u.a. spezielle Komplexverbindungen des Metalls Ruthenium (Ru-BINAP-Komplexe).  Beide bauten auf den Ergebnissen von William S. Knowles auf. Nach Sharpless sind in der organischen Chemie einige Reaktionen, darunter die bei Chemikern gut bekannte sogenannte  Sharpless Epoxidierung. Nach Noyori ist die Noyori-Hydrierung benannt.

stereoselektive Hydrierung nach Noyori in chemischer Formelschreibweise

Hintergrund: Katalysatoren beschleunigen Reaktionen. Chirale Katalaysatoren wie solche von Typ Ru-BINAP wirken dazu noch stereoselektiv. Strukturen chiraler Moleküle verhalten sich wie Bild und Spiegelbild zueinander, d.h., wie die linke Hand zu der rechten Hand. Oft liegt als Produkt ein Gemisch beider chiraler Formen vor, das sogenannte Racemat. Aus stereoselektiven Reaktionen entsteht nun bevorzugt nur eine chirale Form. Die stereoselektive Synthese gehört zu den wichtigsten Gebieten der organischen Chemie. Wie wichtig sie ist, zeigt beispielsweise der Skandal um die Missbildungen nach dem Einsatz des Medikaments Contergan. Dieser beruht darauf, dass ein Racemat eingesetzt wurde und dabei nicht erkannt wurde, dass nur die eine chrirale Form unbedenklich ist, während das andere bei Einnahme in der Schwangerschaft Missbildungen verursacht.  Text © Ansgar Bach

Weblinks (mit Bildern):

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2001/ (Seite der Nobelstiftung)

Der Nobelpreis für Chemie 2002 ging zur einen Hälfte an die Forscher John B. Fenn und Kōichi Tanaka für die Entwicklung von Methoden der weichen Desorption- und Ionisation in der Massenspektrometrie biologischer Makromoleküle sowie zur anderen Hälfte an Kurt Wüthrich für seine bedeutenden Weiterentwicklungen der NMR-Spektroskopie an (biologischen) Makromolekülen.

Über die Chemienobelpreisträger und die gewürdigten Arbeiten:

Dem amerikanische Chemiker John B. Fenn (* 1917 in New York City, USA) und dem japanischen Chemiker Kōichi Tanaka (* 1955 in Toyama, Japan) gelang mit der von Fenn entwickelten Methode der sogenannten Elektrospray-Ionisation, biologische Makromoleküle für die massenspektrometrische Analyse zugänglich zu machen. Die Ehrung von Tanaka ist in der Wissenschaftsgemeinde umstritten.
Dem schweizer Chemiker Kurt Wüthrich (*1938 in Aarberg, Schweiz), zuletzt Professor für Biophysik an der ETH Zürich, gelang durch Weiterentwicklung der NMR-Spektroskopie spektakuläre NMR-Strukturaufklärungen von Proteinen, wie sie zuvor nicht für möglich gehalten wurden.

Hintergrund: Die Massenspektrometrie ist eine analytische Methode, wobei die zu untersuchende Substanz zunächst verdampft und dann per Beschuss mit geladenen Teilchen (z.B. Elektronen) in Ionenfragmente zerlegt wird. Nach ihrer Masse und Ladung können diese Fragmente dann aufgetrennt und bestimmt werden. Biologische Makromoleküle werden dabei zu stark zerstört, und so entwickelte Fenn die Elektrospray-Methode, bei der eine wässrige Lösung des biologischen Makromoleküls „schonend“ in einem elektrischen Feld ionisiert wird.

Die NMR-Spekroskopie (nuclear magnetic resonance) ist eine analytische Methode zur Strukturaufklärung bei der die Aufspaltung und Resonanz des Kernspins (z.B. des Protonenspins) im angelegten Magnetfeld genutzt wird. Je nach chemischer Umgebung, d.h. der Lage des betrachteten Atomkerns im Molekül, treten Verschiebungen von Resonanzen und Kopplungen auf.  Ein großer Vorteil dieser Methode ist, dass die Substanzen in Lösung untersucht werden und nicht kristallisiert werden müssen (wie bei der Röntgenstrukturanalyse). Durch Weiterentwicklungen wie 2D-NMR-Spektroskopie und multidimensionaler NMR-Spektroskopie sind Strukturaufklärungen von großen Proteinen möglich geworden, die sich nur schlecht oder gar nicht kristallisieren lassen.

Weblinks (mit Bildern):

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2002/ (Seite der Nobelstiftung)
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2002/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)