Basandosi su un metodo precedentemente brevettato per la produzione di paracetamolo, il principio attivo del Tylenol, la scoperta promette un percorso più ecologico verso uno dei farmaci e altri prodotti chimici più utilizzati al mondo. Ancora più importante, potrebbe fornire nuovi flussi di entrate per rendere i biocarburanti cellulosici, derivati ​​da fibre vegetali non alimentari, competitivi in ​​termini di costi rispetto ai combustibili fossili, il principale motore del cambiamento climatico.

"Abbiamo svolto attività di ricerca e sviluppo per ridimensionarlo e renderlo realizzabile", afferma Steven Karlen, uno scienziato del Great Lakes Bioenergy Research Center che ha guidato la ricerca pubblicata di recente sulla rivista ChemSusChem .

Il paracetamolo, noto anche come paracetamolo, è uno dei farmaci più utilizzati, con un valore di mercato globale di circa 130 milioni di dollari all’anno. Da quando è stato introdotto all'inizio del 1900, il farmaco è stato tradizionalmente prodotto con derivati ​​del catrame di carbone o del petrolio.

Nel 2019, Karlen e il professore di biochimica della UW-Madison John Ralph hanno mostrato come potrebbe essere ottenuto da un composto presente nei pioppi utilizzando una reazione chimica ben nota.

Ora il team di Karlen ha migliorato il processo per produrre paracetamolo e altri farmaci, pigmenti, tessuti e plastica biodegradabile con un valore di mercato cumulativo di oltre 1,5 miliardi di dollari, un portafoglio di prodotti che, secondo Karlen, potrebbe supportare dozzine di piccole bioraffinerie che alimentano industrie più grandi. hub senza saturare il mercato.

Il processo è disponibile per la licenza commerciale tramite la Wisconsin Alumni Research Foundation, l'organizzazione no-profit che commercializza le scoperte universitarie per sostenere la ricerca in corso.

La molecola del paracetamolo è costituita da un anello benzenico a sei atomi di carbonio con due gruppi chimici attaccati. Gli alberi di pioppo producono un composto simile chiamato p-idrossibenzoato (pHB) nella lignina, la parte della parete cellulare che lega insieme gli zuccheri vegetali e fornisce la struttura.

La lignina è piena zeppa di preziosi composti aromatici che potrebbero sostituire molti prodotti petrolchimici e fornire alle bioraffinerie ulteriori flussi di entrate per rendere i combustibili di origine vegetale competitivi in ​​termini di costi. La sfida è scomporre la catena complessa e irregolare delle molecole in componenti utili.

Si scopre che il pHB è relativamente facile da eliminare con un trattamento chimico, ma mentre la scoperta iniziale ha dimostrato che era chimicamente possibile trasformarlo in paracetamolo, Karlen afferma che il processo non ha convertito una quantità sufficiente di materia prima nel prodotto finale.

Il ricercatore Vitaliy Tymokhin ha scoperto che il trattamento della biomassa di pioppo con un metodo diverso, e generalmente più economico, converte quasi tutto il pHB in un'altra sostanza chimica che può poi essere convertita in paracetamolo o in una molecola meno preziosa con altre applicazioni.

"È possibile produrre coloranti come inchiostro nero, polimeri che possono essere utilizzati nell'applicazione tessile o di materiali, convertirli in adesivi o cose del genere", afferma Karlen. "Ha un mercato enorme e un grande valore."

Riciclando il prodotto non reagito in un reattore continuo, gli scienziati sono riusciti a convertire il 90% della materia prima in paracetamolo, che hanno estratto utilizzando un metodo più economico rispetto alle tradizionali tecniche di purificazione. Karlen dice che dovrebbe essere possibile aumentare il rendimento fino al 99%.

Il processo è principalmente a base d'acqua, si basa su solventi ecologici ed è una reazione continua anziché discontinua, il che lo rende ideale per applicazioni industriali.

"Mentre sto tagliando l'albero, può alimentare direttamente un reattore che estrae la benzamide", dice Karlen. "Quindi non ti fermerai mai. Con la stessa rapidità con cui i tuoi camion possono entrare e riempire la tramoggia, puoi continuare a lavorare."