Forskere udvikler en bedre måde at lave smertestillende medicin fra træer på

Forskere ved University of Wisconsin-Madison har udviklet en omkostningseffektiv og miljømæssigt bæredygtig måde at fremstille et populært smertestillende middel og andre værdifulde produkter af planter i stedet for petroleum.

Med udgangspunkt i en tidligere patenteret metode til fremstilling af paracetamol – den aktive ingrediens i Tylenol – lover opdagelsen en grønnere vej til en af ​​verdens mest udbredte medicin og andre kemikalier. Endnu vigtigere er det, at det kunne give nye indtægtsstrømme til at gøre celluloseholdige biobrændstoffer – afledt af non-food plantefibre – til omkostningerne konkurrencedygtige med fossile brændstoffer, den primære drivkraft bag klimaændringer.

"Vi lavede F&U for at skalere det og gøre det realiserbart," siger Steven Karlen, en stabsforsker ved Great Lakes Bioenergy Research Center, der ledede forskningen, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet ChemSusChem .

Paracetamol, også kendt som acetaminophen, er et af de mest udbredte lægemidler med en global markedsværdi på omkring 130 millioner dollars om året. Siden det blev introduceret i begyndelsen af ​​1900-tallet, er stoffet traditionelt blevet fremstillet af derivater af stenkulstjære eller petroleum.

I 2019 viste Karlen og UW-Madison biokemiprofessor John Ralph, hvordan det i stedet kunne fremstilles af en forbindelse i poppeltræer ved hjælp af en velkendt kemisk reaktion.

Nu har Karlens team forbedret processen til fremstilling af paracetamol samt andre lægemidler, pigmenter, tekstiler og bionedbrydelige plastik med en kumulativ markedsværdi på mere end 1,5 milliarder dollars, en portefølje af produkter, som Karlen siger, kunne understøtte snesevis af små bioraffinaderier, der leverer til større hubs uden at mætte markedet.

Processen er tilgængelig for kommerciel licensering gennem Wisconsin Alumni Research Foundation, den nonprofitorganisation, der kommercialiserer universitetsfund for at støtte igangværende forskning.

Paracetamol-molekylet er lavet af en seks-carbon-benzenring med to kemiske grupper knyttet. Poppeltræer producerer en lignende forbindelse kaldet p-hydroxybenzoat (pHB) i lignin, den del af cellevæggen, der binder plantesukker sammen og giver struktur.

Lignin er propfyldt med værdifulde aromatiske forbindelser, der kan erstatte mange petrokemikalier og give bioraffinaderier yderligere indtægtsstrømme for at gøre plantebaserede brændstoffer omkostningskonkurrencedygtige. Udfordringen er at nedbryde den komplekse og uregelmæssige kæde af molekyler til nyttige komponenter.

Det viser sig, at pHB er relativt let at afbryde med kemisk behandling, men mens den første opdagelse viste, at det var kemisk muligt at omdanne det til paracetamol, siger Karlen, at processen ikke omdannede nok af råmaterialet til det endelige produkt.

Forsker Vitaliy Tymokhin opdagede, at behandling af poppelbiomasse med en anden – og typisk billigere – metode konverterede næsten al pHB til et andet kemikalie, som derefter kan omdannes til paracetamol eller et mindre værdifuldt molekyle med andre applikationer.

"Du kan lave farvestoffer som sort blæk, polymerer, der kan bruges i tekstiler eller materialeapplikationer, konvertere det til klæbemidler eller til sådan noget," siger Karlen. "Det har et enormt marked og stor værdi."

Ved at genbruge det ureagerede produkt tilbage i en kontinuerlig reaktor, omdannede forskerne 90 % af råmaterialet til paracetamol, som de udvandt ved hjælp af en metode, der er billigere end traditionelle rensningsteknikker. Karlen siger, at det burde være muligt at skrue udbyttet op til 99%.

Processen er primært vandbaseret, er afhængig af grønne opløsningsmidler og er kontinuerlig snarere end en batch-reaktion, hvilket gør den ideel til industrielle applikationer.

"Når jeg hugger træet op, kan det føres direkte ind i en reaktor, der trækker benzamidet ud," siger Karlen. "Så du stopper aldrig. Så hurtigt som dine lastbiler kan komme ind og fylde beholderen, kan du fortsætte med at behandle."

Flere oplysninger: Steven D Karlen et al., Produktion af biomasse-afledt p-hydroxybenzamid:Syntese af p-aminophenol og paracetamol, ChemSusChem (2024). DOI:10.1002/cssc.202400234

Leveret af University of Wisconsin-Madison