R�ckblick auf 118 Semester Chemiestudium

(Vladimir Prelog,
Sarajevo 23. 7. 1906. - Z�rich, 7. 1. 1998.)

An der diesj�hrigen Tagung der Nobelpreistr�ger in Lindau hielt Professor V. Prelog den hier in gek�rzter Form wiedergegebenen Vortrag. Seit seiner Emeritierung im Jahre 1976 f�hrt Prelog das Studium der organischen Chemie an der ETH als Fachh�rer weiter. Zum 119. Semester wurde er vor kurzem ohne besondere Schwierigkeiten zugelassen.

nxf. Ich wurde 1906 in Sarajevo geboren, der Hauptstadt von Bosnien und Herzegowina, einer Provinz der damaligen k. u. k. �sterreichischen Monarchie. Die Stadt hat in der westlichen Welt einen schlechten Ruf: Die Ermordung des Thronfolgers und seiner Gattin wird ja als unmittelbare Ursache f�r den Ersten Weltkrieg betrachtet. Als Volkssch�ler stand ich unweit vom Ort des Attentats Spalier mit der Aufgabe, Blumen vor den Wagen der hohen Besucher zu streuen. Wie so oft sp�ter war ich ein unbeteiligter Zeuge bedeutender Ereignisse.

Die ersten Semester

In der Mittelschule hatte ich einen ausgezeichneten Chemielehrer, Ivan Kuria, unter dessen Leitung ich mit 15 Jahren meine erste, vollst�ndig belanglose chemische Ver�ffentlichung verfasste.

Der Schweizer Chemie-Nobelpreistr�ger V. Prelog in Lindau (Juni 1983). Die Abkehr vom Rollkragenpullover, der viele Jahre lang als das Wahrzeichen Prelogs galt, basiert auf Umstellungen im Haushalt und ist nicht als Konzession an das Konventionelle zu bewerten!

Es zeugt f�r das damalige niedrige Niveau des chemische Schhrifttums, dass die Arbeit von der angesehenen Chemiker-Zeitung angenommen wurde. W�hrend der ersten drei Semester an der Technischen Hochschule in Prag besch�ftigte ich mich mit ganz grossen naturwissenschaftlich-philosophischen Problemen. Meine Vorzugslekt�re waren Poincar�s "Wissenschaft und Hypothese", Machs "Mechanik, historisch-kritisch dargestellt" und andere B�cher dieser Art. Zwischen den geistigen H�hen meiner Abendlekt�re und der t�glichen Fronarbeit im anorganischen und analytischen Laboratorium lag aber ein tiefer Abgrund. Es war mein Gl�ck, dass ich im vierten Semester im Assistenten des Laboratoriums f�r organische Chemie Rudof Luke� einen Mentor fand, der mich aus diesem unbefriedigenden Zustand herausholte.

Bevor ich Luke� kennenlernte, hielt ich die organische Chemie f�r ein Sammelsurium von unz�hligen Verbindungen und Reaktionen, die man auswendig lernen musste, um auf diesem Gebiet t�tig zu sein. Luke� hat mir dann die wundervolle Systematik der organischen Chemie beigebracht, die es erm�glicht, nicht nur das Bekannte zu ordnen, sondern auch seine Grenzen zu �berschreiten und in das Unbekannte vorzustossen. Am Abend, nach den offiziellen Arbeitsstunden, half ich ihm bei seinen Forschungen. Noch als Student konnte ich zusammen mit ihm mehrere Arbeiten publizieren. Ich bin �berzeugt, dass man das Forschen am sch�nsten als Lehrling eines Meisters erlernt, dessen Kompetenz und Autorit�t man akzeptiert.

Mein Doktorvater war aber nicht Luke�, sondern brauchgem�ss der Ordinarius f�r organische Chemie, Emil Voto�ek, ein Sch�ler des bekannten deutschen Zuckerchemikers Bernhard Tollens. Ich bat mir aber f�r meine Doktorarbeit ein Thema ausserhalb der Zuckerchemie aus. Meine Aufgabe, die Aufkl�rung der Konstitution eines Aglykons, konnte ich rasch l�sen. Die Doktorpr�fung bestand ich in der k�rzesten vom Pr�fungsregulativ vorgesehenen Frist am Ende des 10. Semesters summa cum laude. Die Pr�fung fiel auf 1929, das Jahr der grossen Weltwirtschaftskrise. Als Folge davon konnte ich keine Stelle an einer Hochschule oder einer anderen Institution finden. Ich sch�tzte mich deshalb gl�cklich, als mir ein Schulfreund von Luke� anbot von der Industrie nicht erh�ltliche Verbindungen f�r seine zwei Chemikalienhandlungen herzustellen. In diesem Laboratorium hatte ich eine bescheidene M�glichkeit, nach den Arbeitsstunden Forschung zu treiben, und mein Arbeitgeber war mein erster Doktorand - eine heikle Situation.

Das Interesse f�r Alkaloide, das ich von Luk� geerbt hatte, verbunden mit dem Willen, etwas f�r die Menschheit zu tun, bewogen mich, sieben Jahre lang �ber das Chinin und die anderen Alkaloide der Chinarinde zu arbeiten. Diese Arbeiten wurden danach in Zagreb noch weitere f�nf Jahre lang fortgesetzt. Es war mir n�mlich dort an der technischen Fakult�t die Stelle eines Universit�tsdozenten angeboten worden. Ich nahm mit Begeisterung an: Ich wusste ja nicht, dass es sich um eine Stelle handelte, bei der die Pflichten eines ordentlichen Professors (Vorlesungen, Pr�fungen und Uebungen) mit dem Gehalt eines schlecht bezahlten Assistenten verkn�pft waren. Die Stelle hatte aber einen sehr grossen Vorteil: In bezug auf die Forschung war ich v�llig frei. Mit Hilfe von einigen begeisterten jungen Wissenschaftern kamen wir mit unseren Grundlagenforschungen gut vorw�rts. Da es n�tig war, Chinin m�glichst billig herzustellen, bem�hten wir uns, die sogenannten bizyklischen Basen mit Stickstoff am Verzweigungsort zu synthetisieren. Ein von der Chemie des Chinins unabh�ngiges Problem, das mir in Zagreb zu l�sen gelang, war die erste Synthese des Adamantans, eines ungew�hnlichen, symmetrischen Kohlenwasserstoffes. Er war einige Jahre fr�her aus dem Erd�l isoliert worden. Nachdem wir eine einfache Methode gefunden hatten, Adamantan zu synthetisieren, wurde es zu einem beliebten Forschungsobjekt der organischen Chemie.

Z�rich

Die g�nstige Entwicklung unserer Arbeiten wurde durch die dunklen Wolken �berschattet, die sich zuerst �ber Europa und sp�ter �ber der ganzen Welt zusammenzogen. Als 1941 Jugoslawien von deutschen Truppen besetzt wurde, konnte die Forschung in Zagreb nicht mehr fortgesetzt werden. Auf Grund von Einladungen, in Deutschland und in der Schweiz Vortr�ge zu halten, gelang es mir, auf legale Weise nach Z�rich zu kommen. Im Laboratorium f�r organische Chemie der ETH fand ich wie mehrere andere Fachgenossen Zuflucht und die M�glichkeit zu forschen. Verschiedene g�nstige Umst�nde haben dies erleichtert. Der Vorsteher des Laboratoriums, Leopold R�i�ka, kannte mich pers�nlich; ich hatte 1937 als Gast mehrere Monate in seinem Laboratorium gearbeitet. Zudem hatte vor kurzem eine gr�ssere Gruppe von Mitarbeitern das Institut Richtung Amerika verlassen; sie f�hlten sich nicht mehr sicher in der Schweiz. Nach diesem Exodus war es nicht schwierig, f�r mich Arbeit zu finden.

Meine T�tigkeit an der ETH begann ich als Fachh�rer, dann habilitierte ich mich, wurde Titularprofessor, ausserordentlicher Professor und in meinem 52. Semester gew�hnlicher Ordinarius - schliesslich wurde ich der Nachfolger Ru�i�kas am Laboratorium f�r organische Chemie, wobei ich offensichtlich das Niveau meiner Inkompetenz erreichte. Ich versuchte das wiedergutzumachen, indem ich eine kollegiale Laboratoriumsleitung einzuf�hren versuchte, von der ich ausgeschlossen w�re; dies wurde 1964 von Erfolg gekr�nt. Seit 1976 bin ich im Ruhestand, und da unsere Schule den Status eines Emeritus-Profenors nicht kennt, bin ich heute wieder Fachh�rer.

Ru�i�ka war 1941, zwei Jahre nach seinem Nobelpreis, auf dem Gipfel seiner wissenschafuichen Kariere. Sein Labomoratorium besass eine bemerkenswerte Tradition. Drei seiner Vorg�nger, Richard Willst�tter sein Lehrer Hermann Staudinger und Richard Kuhn, waren ebenfalls Nobelpreistrager. F�r mich war es ein unerh�rtes Gl�ck, in diesem Laboratorium, das f�r damalige Verh�ltnisse luxuri�s war, arbeiten d�rfte. Was mein Arbeitsprogramm betraf, so einigte ich mich mit Ru�i�ka, dass ich eine der vorhandenen L�cken ausf�llen und die von anderen begonnenen Untersuchungen �ber Organextrakte faortsetzen w�rde. Weiter wollte ich mit einigen j�ngeren Mitarbeitern Alkaloide bearbeiten. Ru�i�ka hatte mit Unterst�tzung der Rockfelter Foundation gr�ssre Mengen von Organextraten in den USA herstellen lassen. Meine erste Aufgabe war, Extrakte aus mehreren Tonnen Schweinetestikeln nach neuartigen Werkstoffen zu untersuchen, was mir trotz fleissiger Arbeit nicht gelang. Ein kleinerer Erfolg war die Isolierung eines stark moschusartig riechenden Stoffes. Viele Jahre sp�ter erfuhr ich, dass das 3-a-Androstenol mit Erfolg als Sexuallockstoff in der Schweinezucht verwendet wird. Ebenso am�sant fand ich die Mitteilung, dass es in den Tr�ffeln vorkommt, und dass die F�higkeit der Schweine, den Standort von Tr�ffeln unter einer dicken Erdschicht herauszusch�ffeln, darauf beruht.

Neue Methoden

Ich habe mich aber die bescheidenen Ergebnisse dieser Organ-Extraktionsarbeiten durch die Fortschritte der Alkloiduntersuchungen getr�stet: Es handelte sich um die Aufkl�rung der Konstitution und des r�umlichen Baues von mehreren altbekannten, leicht zug�nglichen Alkaloiden, die in der Chinarinde vorkommen, sowie von Strychnos-Akaloiden, des Solanidins aus Kartoffelkeimlingen, der Veratrum-Alkaloide und anderer mehr. Im Laufe der f�nfziger Jahre �nderte sich die Forschungsszene auf dem Gebiet der organischen Chemie ganz gewaltig. Die Konstitutionsermittlung auf chemischem Wege, die fr�her eine �berragende Rolle spielte, wurde zuerst langsam, dann immer rascher durch physikalische Methoden ersetzt. Mit Hilfe von Diffraktionsmethoden, besonders der R�ntgenstrukturanalyse, konnte man die Struktur von Molek�len viel rascher und eindeutiger bestimmen als auf chemischem Wege. Als Folge dieser Entwicklung wendeten sich mehrere begabte Chemiker von der Naturstoffchemie ab, weil sie darin die intellektuelle Befriedigung, die sie bei der Konstitutionsermittlung fanden, vermissten. Ich vermutete aber, dass die Naturstoffe als Resultat der 3�1016 Sekunden (3 Milliarden Jahre) dauernden Entwicklung des Lebens eine grosse Weisheit enthielten, auch wenn wir diese meistens nicht verstehen. So blieb ich der Chemie der Naturstoff treu; es gab ja auf diesem Gebiet noch so viele wichtige und interessante Aufgaben. Erw�hnenswert sind die Isolierung von neuen Naturstoffen und besonders solchen von neuem Typus, die Ermittlung ihrer Struktur mit den �konomischsten und zuverl�ssigsten Methoden, die Erforschung ihrer Biogenese und vielleicht als Wichtigstes die Aufkl�rung ihrer Rolle im biologischen Geschehen.

Der ethische und soziale Aspekt dieser Entwicklung muss noch besonders erw�hnt werden. Die neu eingef�hrten physikalischen Methoden verlangten nicht nur immer kostspieligere Instrumente, sondern auch Spezialisten, die sie betreuen und die Messergebnisse richtig zu interpretieren wussten. Die Forschungskosten stiegen dadurch um einen Faktor, der zwischen zehn und hundert lag. Geldgeber wie die �ffentliche Hand und die verschiedenen Fonds begannen sich darum zu fragen, ob diese grossen Aufwendungen, auch sinngem�� verwendet wurden. Man verlangt deshalb heute immer detailliertere Projekte f�r geplante und immer ausf�hrlichere Berichte �ber die ausgef�hrte Forschung, die dann oft von wenig kompetenten Fach- und Nichtfachleuten beurteilt werden. Parallel mit diesem Wunsch nach gr�sserer Transparenz lief die Forderung nach der gesellschaftlichen Relevanz jeglicher Forschung, der sich zuerst die verunsicherten Politiker, dann die Beh�rden in vielen L�ndern anschlossen. Viele Forscher sehnen sich darum zur�ck nach der teilweise verlorenen Forschungsfreiheit.

Mikrobielle Stoffe

Ru�i�ka und seine Mitarbeiter hatten ausschliessliech Naturstoffe aus dem Pflanzen- und Trierbereich behandelt. Besonders in der Folge der Entdeckung der Antibiotika wie Penizillin u. a. m. begann man, Kulturen von Mikroorganismen und mikrobielle Stoffwechselprodukte systematischer zu untersuchen. Es zeigte sich bald, dass solche Kulturen Fundgruben f�r neuartige, ungew�hnliche Naturstoffe sind. Im Rahmen einer harmonischen Zusammenarbeit zwischen Mikrobiologen, organischen Chemikern und der pharmazeutischen Abteilung der Ciba bzw. Ciba Geigy, die bis zu meiner Pensionierung dauerte, haben wir die Struktur einer grossen Zahl meist neuartiger minikrobieller Stoffwechselprodukte aufgekl�rt und ihre Reaktionen untersucht.

Zwei Gruppen dieser Verbindungen, die eine besondere Bedeutung erlangt haben, seien hier erw�hnt. Im Laufe unserer Arbeiten stiessen die Mikrobiologen auf ein neues, stark wirksames, eisenhaltiges Antibiotikum. Die Versuche, dieses zu reinigen, f�hrten zu widerspr�chlichen Ergebnissen. Mit der Zeit fanden wir, dass das Antibiotikum von einem Antagonisten, einem eisenhaltigen Wuchsstoff, begleitet war. Je nach dem Verh�ltnis des Wuchsstoffes zum Antibiotikum in den untersuchten Pr�paraten fand man eine antibiotische Wirksamkeit, oder das Pr�parat war inaktiv. Es gelang uns, sowohl das Antibiotikum, das Ferromycin, als auch eine Pleiade von verwandten Wucherstoffen, die wir Ferrioxamine nannten, zu identifizieren und ihre Strukturen zu bestimmen.

Das Ferrioxamin B bildet stabile, wasserl�sliche Komplexe mit Eisen-III-Ionen, w�hrend es andere, biologisch wichtige Zonen wie Kalzium II und Zink II nur schwach komplexiert. Diese Eigenschaft wurde von den H�matologen ausgenutzt, um das pathologische Eisen aus dem menschlichen K�rper zu entfernen, das sich bei verschiedenen, letal verlaufenden Krankheiten wie H�motromatose, H�mosiderose in Leber, Milz und anderen Organen ansammelt.

Eine zweite Gruppe von mikrobiellen Metaboliten, deren Struktur wir bestimmten und deren Reaktionen wir untersuchten, sind die Rifamycine. Chemiker der Firmen Le Petit und Ciba-Geigy stellten mehrere tausend Derivate davon her und pr�ften sie auf ihre therapeutischen Eigenschaften. Eines dieser Derivate, das Rifamycin, gilt heute als wichtigstes Medikament zur Bek�mpfung von Tuberkulose und Lepra. Dar�ber hinaus sind die Rifamycine und ihre Derivate von Interesse f�r die Molekularbiologen, weil sie die Reproduktion gewisser Nukleins�uren hemmen.

Diese Beispiele durften gut illustrieren, wie die Grundlagenforschung auf dem Gebiet der organischen Chemie gesellschaftlich relevant werden kann, obwohl sie dies urspr�nglich nicht zum Ziel hatte. Abgesehen davon hilft uns diese Forschung, die materielle Grundlage unseres Lebens und somit unseres Daseins zu verstehen. Sie ist, ganz wie die Kunst, ein wichtiger Teil unserer Kultur.

Naturstoffchemie kann man nicht auf breiter Basi betreiben, ohne sich mit den r�umlichen Aspekten de Molek�le, also der Stereochemie, auseinanderzusetzen. Da mir der Nobelpreis f�r Untersuchungen der Stereochemie organischer Verbindungen und Reaktionen zugesprochen wurde, seien einige Probleme aufgez�hlt, mit denen wir uns eingehender besch�ftigten. Da w�re zuerst die nichtklassische Spannung der acht- bis zw�lfgliedrigen mittleren Ringverbindungen und ihr Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften und die Reaktivit�t zu erw�hnen. Ein zweites Beispiel ist die Regelm�ssigkeit des sterischen Verlaufes von asymmetrischen Synthesen. Die relative Raumbeanspruchung der Liganden des asymmetrieinduzierenden Atoms erlaubt es, die Reaktionsselektivitit von Enantiomeren (d. h. spiegelbildlich gebauten Molekalen) vorauszusagen. Diese Eigenschaft kann enorm gesteigert werden, indem man eine Gruppe, die am asymmetrischen Kohlenstoff sitzt, immer gr�sser macht. Drittens sei auf die Regelmassigkeit des sterischeu Verlaufes von enzymatischen und mikrobiellen Reaktionen hingewiesen. Die Stereoselektivit�t von Enzymen kann durch einen Diamantgitterausschnitt spezifiziert werden. Ein jedes Enzym weist n�mlich einen charakteristischen Diamantgitterauschnitt auf, eine Art Fingeabdruck seiner Reaktivit�t.

Alle dieese Arbeiten hatten zum Zweck, die erschreckende Mannigfaltigkeit der denkbaren r�umlichen Anordnungen der Atome in den Molek�le auf ein behandelbares Mass zu reduzieren. Bei der Entwicklung eines Systems zur Spzifikation der Konfiguration von Stereoisomeren wurden wir gezwungen, uns mit den grundlegenden Begriffen der Stereochemie und mit ihrem Umfang und ihren Grenzen auseinanderzusetzen. Dabei ist es uns bewusst geworden, dass wir durch die Spezifizierung der Stereoisomeren die H�ndigkeit, die sogenannte Chirialit�t der Molek�le bzw. ihrer Teile spezifizieren. Der Schweizer Maler Hans Erni hat die Paraphernalia dargestellt, die man zur Spezifzierung der Chirialit�t braucht: spiegelbildliche, unregelm�ssige Tetraeder, zwei H�nde und die durch einen M�dchenkopf symboliserte menschliche Intelligenz.

Neue Z�rcher Zeitung, 28.12.1983, Nr. 303

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