De circulaire chemische industrie moet draaien op niet-eetbare biomassa. De Universiteit Antwerpen laat zien hoe je – op groene wijze – anilines maakt uit hout voor bijvoorbeeld het kankermedicijn Gefitinib.

‘Ons uitgangspunt is zo veel mogelijk exploiteren wat de natuur aanlevert’, begint Bert Maes, hoogleraar organische chemie aan de Universiteit Antwerpen. Dat betekent het benutten van de originele functionaliteiten én onderweg geen koolstofatomen als afval verliezen. ‘Biobased betekent immers niet automatisch een duurzaam proces’, benadrukt Maes. Dus komt er in de nieuwe syntheseroute voor anilines uit hout geen kolomchromatografie voor of toxische oplosmiddelen. ‘De alkylketen die we inruilen voor een stikstofatoom komt in een ester of carbonzuur terecht, die op hun beurt weer benut kunnen worden.’

Lignine eerst

Anilines – aromatische amines – zijn onmisbare sleutelstoffen in de chemische industrie. Jaarlijks gebruiken we naar schatting vier tot zeven miljoen ton om meer dan driehonderd producten te maken, waaronder polyurethanen, kleurstoffen, pesticides en medicijnen. Ze worden nu gemaakt op basis van BTX (benzeen, tolueen, xyleen) uit aardolie.

De gedoodverfde nieuwe grondstof voor biogebaseerde anilines is houtcomponent lignine, dat veel aromaten bevat. Maar lignine is ook een berucht complexe, variabele en weerbarstige natuurstof. ‘Waar we bij suikers uit biomassa al een aardig platform hebben voor de chemie met stoffen als HMF, GVL en levulinezuur, zijn de routes naar hoogwaardige stoffen vanuit lignine nog niet duidelijk’, vertelt Pieter Bruijnincx, hoogleraar duurzame chemie en katalyse aan de Universiteit Utrecht, en niet betrokken bij het onderzoek.

Maes’ Leuvense collega Bert Sels pioniert met een lignin first-bioraffinage waarbij – zoals de naam al zegt – behoud van de ligninefractie in hout voorop staat. Het veelbelovende Leuvense proces wordt momenteel opgeschaald en levert een mengsel op van 4-propylguaiacol en 4-propylsyringol die Maes als uitgangsstof koos. Maes: ‘Het is een beetje een kip-ei-probleem. Tot duidelijk is welke bioraffinageprocessen uiteindelijk zullen doorbreken, wagen weinigen zich aan de downstream processen.’

Maes’ publicatie in ACS Sustainable Chemistry & Engineering laat nu voor het eerst zien dat stikstof efficiënt kan worden geïntroduceerd in bouwstenen vanuit hout en dat daaruit fijnchemicaliën te maken zijn. Hij synthetiseerde vanuit 4-propylguaiacol het kankermedicijn Gefitinib – werkzaam tegen borst- en longkanker – en het antischimmelmiddel diethofencarb. Bruijnincx: ‘Het is een mooie bijdrage aan het lignine-platform. We beginnen nu meer voorbeelden te zien van downstream verwaarding. Zo was er onlangs ook een bijdrage van Katalin Barta uit Groningen over de synthese van tetrahydro-2-benzazepines uitgaande van lignine.’

Groener

Waarom koos Maes niet voor de synthese van een ‘bulk-aniline’, zoals aniline zelf, dat uitgangsstof is voor polyurethanen? Maes: ‘De keuze voor Gefitinib als model case komt mede door onze expertise in de synthese van fijnchemicaliën. En zo’n complexe stof maakt het een extra uitdaging. Maar we doen ook zeker onderzoek naar andere anilines met bulktoepassingen. Belangrijk is ook dat we hier tonen dat de Gefitnibsynthese vanuit hout groener is dan vanuit BTX.’

Daarvan toont Bruijnincx zich onder de indruk. ‘De duurzaamheidsanalyse is erg compleet en kwantitatief. Dat je duurzamer uitkomt dan de huidige, volledig geoptimaliseerde route is een mooi resultaat.’

Maes besluit: ‘Zo’n green metrics-analyse wijst haarfijn op de problematische stappen in je proces, die innovatieve oplossingen vereisen. Je mag nooit blindvaren op het feit dat je een biobased grondstof gebruikt.’