- Onderzoek
- 03/07/2020
Doorbraak in 'groene' productie bouwstenen voor geneesmiddelen
Onderzoekers van TU/e, onder leiding van universitair hoofddocent Timothy Noël, hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor de directe omzetting van gasvormige, lichtgewicht koolwaterstoffen in bouwstenen voor medicijnen. Het proces vindt plaats bij kamertemperatuur en lage druk, door de moleculen met licht te beschijnen in aanwezigheid van een geschikte katalysator. Noemenswaardig is dat dit nieuwe proces sneller is en tot weinig of geen materiaalverspilling leidt. Dit werk is deze week gepubliceerd in het tijdschrift Science.
In de industrie worden gasvormige koolwaterstoffen, zoals ethaan en methaan, vaak omgezet in moleculen die kunnen fungeren als bouwstenen voor farmaceutische en agrochemische producten. De huidige grootschalige processen die deze moleculen activeren voor chemische reacties vinden plaats bij hoge temperaturen en druk. Deze lastige reactieomstandigheden zijn moeilijk en duur om in stand te houden, en leiden daarnaast tot een aanzienlijke afvalproductie. Ook geldt voor het specifieke geval van methaan dat de hoge temperaturen die nodig zijn voor de activering het onmogelijk maken om de resulterende producten in geneesmiddelen te gebruiken, omdat de organische moleculen gewoonweg uit elkaar vallen.
Een onderzoeksteam onder leiding van Timothy Noël , in samenwerking met onderzoekers van de ShanghaiTech University (China), University of Pavia (Italië) en Vapourtec Ltd. (UK), heeft nu een nieuw proces bedacht voor de activering van alkanen met behulp van licht bij kamertemperatuur en lagere druk.
"Dit is een belangrijke doorbraak voor het omzetten van alkanen in nuttige bouwstenen voor medicijnen en materialen voor andere industrieën," zegt Noël. "Onze aanpak maakt het mogelijk om alkanen direct te gebruiken voor complexere moleculen zonder veel ongewenste bijproducten, en tegelijkertijd de vervuiling te verminderen en het activeringsproces te versimpelen."
Om dit nieuwe proces te realiseren, moesten de onderzoekers twee belangrijke vraagstukken oplossen. Ten eerste hadden ze een methode nodig die gemakkelijk C-H-bindingen met een bindingsdissociatie-energie (BDE) tussen 96,5 en 105 kcal mol-1 kon verbreken. De C-H-bindingen in methaan zijn het moeilijkst te verbreken. Ten tweede vereist de behandeling van gasvormige alkanen op maat gemaakte technologieën die de alkanen in nauw contact kunnen brengen met een katalysator in een zorgvuldig bewaakte reactieomgeving. De onderzoekers losten beide problemen op door de alkanen te stimuleren met UV-licht (ongeveer 365 nm) in de aanwezigheid van een geschikte katalysator bij kamertemperatuur.
"De gebruikte katalysator is decatungstate. Als de katalysator wordt verlicht, wordt hij zeer actief en heeft dan voldoende energie om de C-H-bindingen te splitsen. We hebben ontdekt dat dit werkt voor methaan, ethaan, propaan en isobutaan," zegt Noël. Hij voegt eraan toe: "Onze nieuwe aanpak is sneller dan de traditionele aanpak, en we zijn enthousiast om te zien hoe het zich ontwikkelt. In dit onderzoek hebben we microreactoren gebruikt omdat die een betere controle van de reactievoorwaarden, een betere opsluiting van de gasvormige grondstoffen en een makkelijkere verlichting van de katalysator mogelijk maken. In de toekomst zullen we reactoren overwegen die een hogere productiecapaciteit mogelijk maken." Deze nieuwe methode maakt de weg vrij voor de goedkopere productie van sommige geneesmiddelen, vanwege de lagere kosten voor het activeren van de benodigde gassen.
Discussie