Le Prix Nobel 2021 de chimie a été attribué mercredi 6 octobre à l’Allemand Benjamin List, de l’Institut Max-Planck de Mülheim an der Ruhr en Allemagne, et à l’Ecossais David MacMillan, de l’Université américaine de Princeton, pour leurs découvertes sur l’organocatalyse asymétrique. Cette méthode de production de molécules a rendu la chimie plus verte et elle est très utilisée aujourd’hui pour la conception de molécules pharmaceutiques.

Les lauréats, tous deux âgés de 53 ans, sont récompensés pour des travaux réalisés indépendamment l’un de l’autre il y a une vingtaine d’années. Ils cherchaient alors à identifier de nouveaux types de catalyseurs, ces substances qui contrôlent et accélèrent les réactions chimiques, sans pour autant faire partie du produit final. On considérait alors que seuls certains métaux, ou alors de grosses molécules comme les enzymes, étaient capables de jouer ce rôle.

De multiples avantages

Benjamin List et David MacMillan ont montré que ce n’était pas le cas en mettant au point une toute nouvelle classe de catalyseurs à partir de molécules organiques simples. «Leur méthode est aujourd’hui devenue une branche standard de la catalyse chimique, qui a de plus en plus d’applications industrielles», indique le chimiste de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne Jérôme Waser, pour qui ces chercheurs établis auraient pu recevoir le Prix Nobel il y a plusieurs années déjà.

A la fin des années 1990, Benjamin List travaillait à l’Institut de recherche Scripps en Californie, quand il a montré que les acides aminés (les briques de base naturelles qui constituent les protéines) pouvaient être utilisés comme catalyseurs. Ses recherches portaient en particulier sur la proline, un acide aminé dont le potentiel en tant que catalyseur avait déjà été exploré par des industriels dont Roche, sans que ces recherches soient poursuivies.

Un peu plus au nord de la Californie, à l’Université Berkeley, David MacMillan effectuait à la même époque des travaux similaires. Il parvint ainsi à fabriquer des molécules organiques simples, constituées d’atomes de carbone et de différents autres éléments réactifs comme l’oxygène et le soufre, pouvant également jouer le rôle de catalyseurs. C’est lui qui a inventé le terme d'«organocatalyse» pour décrire sa méthode.

Les deux scientifiques ont publié leurs résultats au début de l’année 2000 et très vite leur approche a remporté beaucoup de succès. «L’organocatalyse a de multiples avantages. Elle repose sur des molécules plus simples et moins coûteuses que les enzymes, sans avoir les inconvénients des catalyseurs métalliques. Ces derniers sont en effet de plus en plus rares et peuvent être toxiques, si bien qu’on cherche à les remplacer», souligne Jérôme Waser.

Substances pharmaceutiques et cellules solaires

Durant les réactions chimiques, il n’est pas rare que deux types de molécules ayant une structure similaire mais opposée se forment, comme un objet et son image dans un miroir. Or le corps humain est capable de faire la différence entre ces deux types de molécules. La méthode de List et MacMillan permet de sélectionner une de ces formes, raison pour laquelle on la qualifie d'«asymétrique».

«C’est un autre de ses atouts, notamment pour l’industrie pharmaceutique, relève Jérôme Waser. Par le passé, il était très difficile de séparer ces deux formes et cela a mené au drame de la thalidomide, un composé chimique dont l’une des formes était néfaste pour l’embryon en cas d’absorption par des femmes enceintes.»

Vingt ans après leur mise au point, il existe aujourd’hui une grande diversité de catalyseurs organiques, un domaine dont Benjamin List et David MacMillan demeurent des figures de proue. «En utilisant ces réactions, les chercheurs peuvent maintenant construire plus efficacement n’importe quel élément allant de nouvelles substances pharmaceutiques à des molécules capables de capturer la lumière dans des cellules solaires. Dans ce sens, les catalyseurs organiques apportent le plus grand bénéfice à l’humanité», a souligné le Comité Nobel.

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