Wetenschap
Onderzoekers ontwikkelen betere manier om pijnstiller van bomen te maken
Wetenschappers van de Universiteit van Wisconsin-Madison hebben een kosteneffectieve en ecologisch duurzame manier ontwikkeld om een populaire pijnstiller en andere waardevolle producten te maken van planten in plaats van aardolie.
Voortbouwend op een eerder gepatenteerde methode voor de productie van paracetamol – het actieve ingrediënt in Tylenol – belooft de ontdekking een groener pad naar een van 's werelds meest gebruikte medicijnen en andere chemicaliën. Belangrijker nog is dat het nieuwe inkomstenstromen zou kunnen opleveren om cellulosebiobrandstoffen – afkomstig van non-food plantaardige vezels – kostenconcurrerend te maken met fossiele brandstoffen, de belangrijkste oorzaak van klimaatverandering.
"We hebben onderzoek en ontwikkeling gedaan om het op te schalen en haalbaar te maken", zegt Steven Karlen, stafwetenschapper bij het Great Lakes Bioenergy Research Center, die leiding gaf aan het onderzoek dat onlangs in het tijdschrift ChemSusChem is gepubliceerd. .
Paracetamol, ook bekend als paracetamol, is een van de meest gebruikte farmaceutische middelen, met een wereldwijde marktwaarde van ongeveer $130 miljoen per jaar. Sinds de introductie begin 20e eeuw wordt het medicijn traditioneel gemaakt van derivaten van koolteer of aardolie.
In 2019 lieten Karlen en UW-Madison professor biochemie John Ralph zien hoe het in plaats daarvan gemaakt kon worden uit een verbinding in populieren met behulp van een bekende chemische reactie.
Nu heeft Karlens team het proces voor het maken van paracetamol en andere medicijnen, pigmenten, textiel en biologisch afbreekbare kunststoffen met een cumulatieve marktwaarde van meer dan 1,5 miljard dollar verbeterd. hubs zonder de markt te verzadigen.
Het proces is beschikbaar voor commerciële licenties via de Wisconsin Alumni Research Foundation, de non-profitorganisatie die universitaire ontdekkingen commercialiseert om lopend onderzoek te ondersteunen.
Het paracetamolmolecuul is gemaakt van een benzeenring met zes koolstofatomen waaraan twee chemische groepen zijn bevestigd. Populieren produceren een soortgelijke stof genaamd p-hydroxybenzoaat (pHB) in lignine, het deel van de celwand dat plantensuikers aan elkaar bindt en voor structuur zorgt.
Lignine zit boordevol waardevolle aromatische verbindingen die veel petrochemicaliën zouden kunnen vervangen en bioraffinaderijen van extra inkomstenstromen zouden kunnen voorzien om plantaardige brandstoffen kostenconcurrerend te maken. De uitdaging is het afbreken van de complexe en onregelmatige keten van moleculen in bruikbare componenten.
Het blijkt dat pHB relatief eenvoudig af te breken is met een chemische behandeling, maar hoewel de eerste ontdekking aantoonde dat het chemisch mogelijk was om er paracetamol van te maken, zegt Karlen dat het proces niet genoeg van de grondstof in het eindproduct omzette.
Onderzoekswetenschapper Vitaliy Tymokhin ontdekte dat de behandeling van populierenbiomassa met een andere (en doorgaans goedkopere) methode bijna alle pHB omzet in een andere chemische stof die vervolgens met andere toepassingen kan worden omgezet in paracetamol of een minder waardevol molecuul.
"Je kunt kleurstoffen maken zoals zwarte inkt, polymeren die kunnen worden gebruikt in textiel of materiaaltoepassingen, en deze omzetten in kleefstoffen of in dat soort dingen", zegt Karlen. "Het heeft een enorme markt en grote waarde."
Door het niet-gereageerde product terug te recyclen in een continue reactor, hebben de wetenschappers met succes 90% van de grondstof omgezet in paracetamol, dat ze hebben geëxtraheerd met behulp van een methode die goedkoper is dan traditionele zuiveringstechnieken. Karlen zegt dat het mogelijk moet zijn om het rendement op te trekken tot 99%.
Het proces is voornamelijk op waterbasis, maakt gebruik van groene oplosmiddelen en is continu in plaats van een batchreactie, waardoor het ideaal is voor industriële toepassingen.
"Terwijl ik de boom in stukken hak, kan deze rechtstreeks in een reactor terechtkomen die het benzamide eruit haalt", zegt Karlen. "Je hoeft dus nooit te stoppen. Zo snel als je vrachtwagens kunnen binnenkomen en de trechter kunnen vullen, kun je doorgaan met verwerken."