Ryōji Noyori: Der Chemiker, der Molekülen beibrachte, ihre linke von ihrer rechten Seite zu unterscheiden

Als Zwölfjähriger beobachtete Ryōji Noyori in einem öffentlichen Hörsaal im Nachkriegs-Kobe einen Wissenschaftler, der erklärte, wie Nylon aus fast nichts hergestellt wurde. Dieser Satz blieb ihm für den Rest seines Lebens im Gedächtnis: Chemie, so erkannte er, „kann wichtige Dinge aus fast nichts erschaffen“. Vier Jahrzehnte später hatte er ein Molekül gebaut, das zu einer viel subtileren Art der Schöpfung fähig war – eines, das einer chemischen Reaktion sagen konnte, welche von zwei spiegelbildlichen Versionen eines Moleküls aufgebaut werden sollte, eine Unterscheidung, die für das Auge unsichtbar, aber entscheidend für das Verhalten eines Medikaments im menschlichen Körper ist. Dieses Molekül und die Chemie, die es ermöglichte, brachten ihm einen Anteil am Nobelpreis 2001 ein.

Ein Haushalt voller Fachzeitschriften

Noyori wurde am 3. September 1938 in einem Vorort von Kobe, Japan, als Sohn eines Forschungsdirektors eines Chemieunternehmens geboren, dessen Haus nach seinen eigenen Worten voller wissenschaftlicher Zeitschriften und Produktmuster war. Er besuchte die Nada Middle and High School, zeichnete sich in Naturwissenschaften und Mathematik aus, praktizierte Judo und begann 1957 sein Studium an der Universität Kyoto. Ursprünglich tendierte er zur Physik, teilweise unter dem Einfluss des Familienfreundes und Physik-Nobelpreisträgers Hideki Yukawa, aber der Nylon-Vortrag und sein wachsendes Interesse an Polymer- und später organischer Chemie zogen ihn zu der Disziplin, die seine Karriere bestimmen sollte. Er studierte bei Keiiti Sisido und später bei Hitoshi Nozaki und erwarb 1961 seinen Bachelor-Abschluss sowie 1967 einen Doktortitel in Ingenieurwissenschaften in Kyoto. Ein Postdoc-Aufenthalt in Harvard bei dem Chemiker Elias J. Corey rundete seine Ausbildung ab, bevor er nach Japan zurückkehrte.

Eine unerwartete Berufung mit neunundzwanzig

1968, im Alter von neunundzwanzig Jahren, nahm Noyori eine Stelle an, die er später als unerwartet beschrieb: Assistenzprofessor an einem neu gegründeten Labor für organische Chemie an der Universität Nagoya. 1972 wurde er zum ordentlichen Professor befördert und blieb für den Rest seiner aktiven Forschungskarriere in Nagoya, wo er es zu einem der weltweit führenden Zentren für metallorganische Chemie und asymmetrische Katalyse ausbaute – dem Zweig der Chemie, der sich damit befasst, Reaktionen in eine spezifische dreidimensionale Form eines Moleküls zu lenken, anstatt in eine unbrauchbare Mischung aus beiden.

BINAP und das Problem der Chiralität

Das Problem, das Noyori jahrzehntelang löste, ist in der Medizin von enormer Bedeutung: Viele Moleküle, darunter die meisten Medikamente, existieren in zwei spiegelbildlichen Formen, sogenannten Enantiomeren, die chemisch in fast jeder Hinsicht identisch sind, sich aber im lebenden Körper völlig unterschiedlich verhalten können – eine Form einer Verbindung kann therapeutisch wirken, während ihr Spiegelbild inert oder sogar schädlich ist. Die gewöhnliche chemische Synthese neigt dazu, eine ungefähr gleichmäßige Mischung beider Formen zu erzeugen, die dann mühsam getrennt werden müssen. Noyoris Durchbruch, der 1986 erzielt wurde, war ein chiraler Katalysator, der um ein Molekül namens BINAP herum aufgebaut war, gepaart mit Ruthenium-Metallkomplexen, die eine Hydrierungsreaktion dazu zwingen konnten, überwiegend ein Enantiomer anstelle des anderen aufzubauen. Die Anwendungen erwiesen sich sofort als kommerziell nutzbar: Seine Ruthenium-BINAP-Katalysatoren ermöglichten die Produktion von Naproxen, einem gängigen entzündungshemmenden Medikament, mit einer Reinheit von 97 Prozent der gewünschten Form, und seine Allylamin-Isomerisierungsmethode wurde zur Grundlage für die industrielle Produktion von etwa 3.000 Tonnen Menthol pro Jahr durch Takasago International mit einer enantiomeren Reinheit von 94 Prozent. Die gleiche Chemie wurde auf Antibiotika wie Levofloxacin und auf die Synthese von Vitaminen, Aminosäuren und Prostaglandinen ausgeweitet.

Der Nobelpreis und seine Bedeutung

Im Jahr 2001 verlieh die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften den Nobelpreis für Chemie gemeinsam an drei Wissenschaftler, die an der chiralen Katalyse arbeiteten: Noyori teilte sich die Hälfte des Preises mit dem amerikanischen Chemiker William S. Knowles für ihre Arbeit an chiral katalysierten Hydrierungsreaktionen, während K. Barry Sharpless die andere Hälfte für chiral katalysierte Oxidationsreaktionen erhielt. Gemeinsam begründeten ihre Arbeiten das Feld der asymmetrischen Katalyse als industrielle Disziplin, die es Herstellern ermöglichte, die korrekte, sichere Form eines Medikaments direkt aufzubauen, anstatt beide Formen herzustellen und die Hälfte wegzuwerfen.

Vom Labor zur Institution

Noyoris Karriere endete nicht am Labortisch. Von 2003 bis 2015 war er Präsident von RIKEN, Japans größtem und prestigeträchtigstem Netzwerk wissenschaftlicher Forschungsinstitute, beaufsichtigte ein Jahresbudget von etwa 800 Millionen Dollar und steuerte die Richtung der japanischen Grundlagenforschung auf nationaler Ebene. Er leitete auch Japans Bildungsaufbaurat und argumentierte öffentlich, dass „Forschung für Nationen und die Menschheit ist, nicht für die Forscher selbst“, und drängte Wissenschaftler dazu, sich direkt mit der öffentlichen Meinung und der Regierungspolitik zur nachhaltigen Entwicklung auseinanderzusetzen. Auf seinem Weg sammelte er eine lange Liste von Auszeichnungen, darunter den Wolf-Preis für Chemie (2001), den Arthur C. Cope Award (1997), die Lomonossow-Goldmedaille (2009) und die ausländische Mitgliedschaft in der Royal Society (2005), neben Ehrendoktorwürden von Institutionen in ganz Europa und Asien.

Warum Ryōji ein Genie genannt wird

Das Argument für Genialität ist hier präzise und chemisch: Noyori löste ein Problem, das das Fachgebiet jahrzehntelang frustriert hatte, indem er einen Katalysator entwickelte, der subtil genug war, um zwischen zwei Molekülen zu unterscheiden, die Spiegelbilder voneinander sind – chemisch nahezu identisch, aber biologisch Welten voneinander entfernt – und robust genug, um dies zuverlässig im industriellen Maßstab zu tun, nicht nur in einer einzigen heiklen Labordemonstration. Diese Kombination aus elegantem molekularem Design und robuster kommerzieller Nützlichkeit ist ungewöhnlich; viele preisgekrönte Entdeckungen in der Chemie bleiben auf wissenschaftliche Arbeiten beschränkt, während Noyoris Katalysatoren heute zur Herstellung von Tonnen echter Pharmazeutika und Konsumgüter verwendet werden. Die Entscheidung des Nobelkomitees, den Preis dreizuteilen, ist jedoch selbst eine ehrliche Einordnung: Noyoris Erkenntnis entstand nicht isoliert, sondern als Teil einer breiteren Welle der Forschung zur asymmetrischen Katalyse, die parallel von Knowles und Sharpless verfolgt wurde, wobei jeder einen verwandten Teil desselben zugrunde liegenden Problems aus einem anderen Blickwinkel anging. Sein Genie ist daher eher als ein herausragender Fall angewandter chemischer Intuition und technischer Beharrlichkeit zu verstehen, denn als ein einzelner, isolierter Blitz der Originalität – die geduldige, iterative Verfeinerung einer molekularen Idee, BINAP, zu einem Werkzeug, auf das sich eine ganze Industrie verlassen konnte.

Vermächtnis

Noyoris BINAP-Katalysatoren bleiben weltweit Arbeitspferde in der pharmazeutischen und feinchemischen Herstellung, und seine Amtszeit an der Spitze von RIKEN erweiterte seinen Einfluss vom Labortisch auf die Architektur der japanischen Wissenschaftspolitik selbst – ein seltenes doppeltes Vermächtnis einer einzigen molekularen Entdeckung und einer nationalen Institution, die nach dem Ebenbild ihres Erfinders geformt wurde.