Il Nobel per la chimica 2022 è stato assegnato dall’Accademia delle Scienze di Stoccolma per una serie di scoperte che hanno reso semplici reazioni complesse. Il danese Morten Medal (Università di Copenhagen) e gli americani Carolyn R. Bertozzi (Stanford University) e Barry Sharpless (Scripps Research, La Jolla) hanno ricevuto il premio “per lo sviluppo della click chemistry e della chimica bioortogonale”. Per Sharpless si tratta del secondo Nobel, a ventun anni di distanza dal primo, sempre in chimica, “per il suo lavoro sulle reazioni di ossidazione catalizzate chiralmente”. Bertozzi è invece la nona donna a ricevere il premio in questa disciplina.

BREAKING NEWS:
The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the 2022 #NobelPrize in Chemistry to Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal and K. Barry Sharpless “for the development of click chemistry and bioorthogonal chemistry.” pic.twitter.com/5tu6aOedy4

— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 5, 2022

Unire con un semplice click

Come recita il comunicato stampa dell’annuncio, fin dalle origini della propria storia, la chimica ha sempre cercato metodi efficaci per costruire molecole complesse. Possibilmente facendolo in modo efficiente, quindi con una certa velocità di reazione, poco scarto e molto prodotto utile. Le scoperte premiate da Stoccolma quest’anno mostrano che per ottenere questo tipo di risultati, talvolta, si può procedere in modo semplice.

Il primo a gettare le basi della click chemistry, che potremmo tradurre vagamente come “chimica a scatto”, è stato attorno all’inizio del millennio Barry Sharpless, che coniava il termine mentre andava a ritirare il suo primo Nobel. L’idea era quella di identificare delle piccole molecole che si combinassero facilmente tra di loro in modo efficiente, diventando i blocchi da combinare insieme per costruire molecole più grandi. Il problema era individuare delle molecole candidate adeguate. Praticamente in contemporanea e in modo indipendente, il gruppo di Medal in Danimarca e quello di Sharpless negli Stati Uniti, individuarono azoturi (o azidi) e alchini: i primi sono molecole costituite da atomi di azoto, mentre i secondi sono composti organici appartenenti agli idrocarburi.

L’aspetto interessante di questa prima “click reaction”, che viene anche indicata come “la” click reaction, è che i due blocchetti si combinano tra di loro, e solo tra di loro. Ma serviva un elemento, un catalizzatore, che velocizzasse e rendesse la reazione più efficiente. Venne individuato negli ioni di rame. A questo punto, la reazione, che va sotto il nome di cicloaddizione azide-alchino catalizzata da rame(I), era funzionante e poteva essere utilizzata. Aveva però un difetto: non poteva essere utilizzata in ambito biologico, perché il rame è tossico per gli organismi.

La prima reazione della chimica a scatto (Immagine: Nobel Prize Foundation)

La chimica bioortogonale

A questo punto della storia entra in gioco Carolyn Bertozzi che con il suo gruppo fin dagli anni Novanta del secolo scorso stava cercando di individuare tecniche che permettessero di mappare le molecole delle cellule. Dopo diversi tentativi riesce a utilizzare la reazione a scatto senza utilizzare il rame. In questo modo è diventato possibile marcare con una molecola lumiscente una particolare molecola presente nella cellula e poterne così seguire il comportamento in tempo reale. Questo tipo di tecniche, che Bertozzi ha chiamato chimica bioortogonale, si sono rivelate preziose per studiare il comportamento delle cellule tumorali, lo scopo originario da cui era partita per la sua ricerca. Ma hanno dimostrato di poter essere impiegate anche per studiare in che modo i farmaci interagiscono con le diverse parti delle cellule.

Una schematizzazione delle scoperte di Bertozzi (Immagine: Nobel Prize Foundation)

A oggi, un farmaco oncologico basato sulla chimica bioortogonale è in fase di test su volontari. Funziona riuscendo a far tornare visibili al sistema immunitario le cellule tumorali perché schermate dalla presenza di alcune sostanze. Ma le scoperte dei Nobel per la chimica del 2022 sono impiegate in diversi settori, soprattutto per la produzione di nuovi materiali con funzioni specifici. Per questo, infatti, si dice che la chimica a scatto ha aperto una nuova era in chimica, quella del funzionalismo.