Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2021

–

 (step 4). The product 36 is 

then obtained by hydrolysis of 39, which also regenerates the organocatalyst. Note that the 

photoredox catalytic cycle is closed by P absorbing visible light to reach the excited state P* 

(step 6). The two catalytic cycles are connected but have different functions: the photoredox 

catalytic cycle generates and removes reactive open-shell intermediates from the reaction 

mixture, while the organocatalytic cycle provides a vehicle for the carbon-carbon bond–

forming reaction and asymmetric induction. 

Applications to the synthesis of complex organic molecules: The objective of organic synthesis 

is the production of organic molecules, be it for pharmaceutical, agricultural or natural products 

or other applications. Organocatalysis has found widespread application in this area.

63

 The 

efficiency of long multistep synthetic sequences is often problematic and usually affords the 

desired compound in only minute quantities. One strategy to alleviate this inherent drawback is 

inspired by the biosynthesis of organic molecules, where cascades of enzymes are used to 

---

 

 

14 (19) 

 

 

convert simple starting materials into complex molecules in a highly regulated process. In 

organic synthesis, this is mimicked by using cascade reactions in which the product of the first 

reaction step is the starting material for the subsequent one, thus avoiding unnecessary 

purification operations between each reaction step.

64-66

  

An elegant example of this chemistry is the total synthesis of α-tocopherol (vitamin E), which is 

a powerful antioxidant, by the Woggon group (eq. 14).

67

 In this cascade reaction, comprising an 

aldol reaction followed by an oxa-Michael reaction, two new bonds and one new stereocentre 

are installed in a single operation, thus forming the pyran moiety of α-tocopherol (Scheme 7). 

 

 

Scheme 7. Mechanism of the cascade reaction for the formation of compound 43. In this 

cascade reaction, aldehyde 42 condenses with catalyst 40 to form the corresponding 

dienamine 44, which then reacts with aldehyde 41 in an intramolecular aldol reaction to form 

iminium ion 45. Iminium ion 45 then participates in an intramolecular oxa-Michael reaction 

to form compound 46. Hydrolysis of 46 regenerates catalyst 40 and, after acetalization, 

furnishes tricycle 43. 

---

 

 

15 (19) 

 

 

Organic synthesis has an important role in preclinical pharmaceutical research, where there is a 

great demand for new organic molecules to be tested in different disease models. The goal of 

this activity is to develop new pharmaceuticals to treat diseases, and it is not surprising that 

organocatalytic methods have been applied in this area.

55, 68

  

One example is treatment of hypertension (high blood pressure). Renin, a protease protein 

secreted by the kidneys, hydrolyses the protein angiotensinogen in the blood stream into the 

peptide angiotensin I. Further hydrolysis of angiotensin I results in the formation of angiotensin 

II, which is a vasoactive peptide involved in hypertension. One possibility to treat hypertension 

is then to inhibit renin and prevent the formation of angiotensin II. Researchers at Novartis 

proved that this is indeed possible, and in 2007, their novel renin inhibitor aliskiren (Rasilez) 

was approved by the US Food and Drug Administration. An organocatalytic approach to 

aliskiren described by these researchers is outlined in Scheme 8.

69

 A Michael addition between 

the enamine generated from isovaleraldehyde and the Jørgensen-Hayashi type organocatalyst