Científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado una forma rentable y ambientalmente sostenible de fabricar un popular analgésico y otros productos valiosos a partir de plantas en lugar de petróleo.
por Chris Hubbuch, Universidad de Wisconsin-Madison
Partiendo de un método previamente patentado para producir paracetamol (el ingrediente activo del Tylenol), el descubrimiento promete un camino más ecológico hacia uno de los medicamentos y otras sustancias químicas más utilizados en el mundo. Más importante aún, podría proporcionar nuevas fuentes de ingresos para hacer que los biocombustibles celulósicos (derivados de fibras vegetales no alimentarias) sean competitivos en costos con los combustibles fósiles, el principal impulsor del cambio climático.
«Hicimos I+D para ampliarlo y hacerlo realizable», dice Steven Karlen, científico del Centro de Investigación de Bioenergía de los Grandes Lagos que dirigió la investigación publicada recientemente en la revista ChemSusChem .
El paracetamol, también conocido como acetaminofén, es uno de los productos farmacéuticos más utilizados, con un valor de mercado mundial de unos 130 millones de dólares al año. Desde su introducción a principios del siglo XX, la droga se ha elaborado tradicionalmente a partir de derivados del alquitrán de hulla o del petróleo.
En 2019, Karlen y el profesor de bioquímica de la UW-Madison, John Ralph, mostraron cómo se podría elaborar a partir de un compuesto de los álamos mediante una reacción química bien conocida.
Ahora el equipo de Karlen ha mejorado el proceso para fabricar paracetamol, así como otros medicamentos, pigmentos, textiles y plásticos biodegradables con un valor de mercado acumulado de más de 1.500 millones de dólares, una cartera de productos que, según Karlen, podría sustentar a docenas de pequeñas biorrefinerías que alimentan a grandes empresas. hubs sin saturar el mercado.
El proceso está disponible para licencia comercial a través de la Wisconsin Alumni Research Foundation, la organización sin fines de lucro que comercializa descubrimientos universitarios para apoyar la investigación en curso.
La molécula de paracetamol está formada por un anillo de benceno de seis carbonos con dos grupos químicos unidos. Los álamos producen un compuesto similar llamado p-hidroxibenzoato (pHB) en la lignina, la parte de la pared celular que une los azúcares de las plantas y proporciona estructura.
La lignina está repleta de valiosos compuestos aromáticos que podrían reemplazar muchos productos petroquímicos y proporcionar a las biorrefinerías fuentes de ingresos adicionales para hacer que los combustibles de origen vegetal sean competitivos en costos. El desafío es descomponer la compleja e irregular cadena de moléculas en componentes útiles.
Resulta que el pHB es relativamente fácil de romper con un tratamiento químico, pero aunque el descubrimiento inicial demostró que era químicamente posible convertirlo en paracetamol, Karlen dice que el proceso no convirtió suficiente materia prima en el producto final.
El científico investigador Vitaliy Tymokhin descubrió que el tratamiento de la biomasa de álamo con un método diferente (y generalmente más económico) convertía casi todo el pHB en otra sustancia química que luego se puede convertir en paracetamol o una molécula menos valiosa con otras aplicaciones.
«Se pueden fabricar tintes como tinta negra, polímeros que se pueden utilizar en textiles o aplicaciones de materiales, convertirlos en adhesivos o cosas así», dice Karlen. «Tiene un mercado enorme y un gran valor».
Al reciclar el producto que no reaccionó en un reactor continuo, los científicos convirtieron con éxito el 90% de la materia prima en paracetamol , que extrajeron utilizando un método que es más barato que las técnicas de purificación tradicionales. Karlen afirma que debería ser posible aumentar el rendimiento hasta el 99%.
El proceso se basa principalmente en agua, se basa en disolventes ecológicos y es una reacción continua en lugar de por lotes, lo que lo hace ideal para aplicaciones industriales.
«Mientras corto el árbol, puede alimentar directamente un reactor que extrae la benzamida», dice Karlen. «Así que nunca te detendrás. Tan pronto como tus camiones entren y llenen esa tolva, podrás seguir procesando».
Más información: Steven D Karlen et al, Producción de p‐hidroxibenzamida derivada de biomasa: Síntesis de p‐aminofenol y paracetamol, ChemSusChem (2024). DOI: 10.1002/cssc.202400234
