Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam en de Radboud Universiteit Nijmegen hebben een nieuwe chemische syntheseroute ontwikkeld waarin katalyse en biochemie hand in hand gaan. Het reactieverloop in hun ‘éénpotssynthese’ is min of meer te vergelijken met natuurlijke processen en leidt tot hogere reactiesnelheden en een substantieel hogere opbrengst dan de processen uit de chemische industrie. De nieuwe syntheseroute, die ook nog eens schoner is dan de traditionele methoden, is met name van belang voor de productie van geneesmiddelen. Het Nijmeegse bedrijf Synthon heeft er inmiddels patent op aangevraagd.

In de nieuwe éénpotssynthese leiden meerdere chemische stappen in één reactievat uiteindelijk tot complexe moleculen. Dat is in de natuur heel gewoon; denk bijvoorbeeld aan levensprocessen in een cel. Maar in het laboratorium en in de dagelijkse chemische praktijk staat zo’n ‘alles-in-een’ aanpak nog in de kinderschoenen. De onderzoekers combineerden een chemische reactieroute – een metaalgekatalyseerde omzetting – met een biochemische route waarin enzymen een rol spelen. Dat is niet eenvoudig omdat de omstandigheden zoals temperatuur en zuurgraad voor beide deelprocessen optimaal moeten zijn. Als dat inderdaad het geval is leidt de éénpotssynthese uiteindelijk tot hogere reactiesnelheden en een veel hogere opbrengst, zo merkten de onderzoekers tot hun verrassing en voldoening.

Mede-onderzoeker Joost Reek (Van ‘t Hoff-instituut, UvA) legt in de laatste editie van het Chemisch2Weekblad uit dat het onderzoek een amidering met een lipase betreft, en een zogenaamde Buchwald-aminering (en eveneens de ’Heck reactie’) met behulp van een palladiumkatalysator. Eigenlijk gaat het hier om een tamelijk lastig reactiesysteem dat de onderzoekers hadden gekozen om zodoende alle mogelijke problemen te identificeren: “Aminering is een heel gevoelige reactie’, aldus Joost Reek in het Chemisch2Weekblad, ’en een lipase werkt normaal gesproken onder heel andere condities. Maar tot onze verrassing doen beide katalysatoren het heel goed samen, en nog wel zonder speciale voorzorgsmaatregelen. Een bijproduct van het lipase laat de aminering zelfs vele malen sneller gaan.”

Geneesmiddelen

Omdat de nieuwe synthese-aanpak van belang is voor complexe moleculen zoals die bij de productie van geneesmiddelen een rol spelen, heeft de farmaceutische industrie veel belangstelling voor het onderzoek. Uiteraard omdat het proces uiteindelijk goedkoper zou kunnen zijn dan de processen waar het een alternatief voor is. Maar ook omdat het duurzamer is: een vermindering van het aantal reactiestappen leidt doorgaans tot een reductie van afvalstoffen en een lager energieverbruik. Het in Nijmegen gevestigde farmaceutische bedrijf Synthon, dat nauw bij het onderzoek betrokken was, heeft inmiddels patent op de nieuwe synthesemethode aangevraagd. Synthon is een middelgrote internationale farmaceutische onderneming met zo’n 650 medewerkers in Spanje, Tsjechië, Argentinië, de Verenigde Staten en Australië.

Ook de financier van het onderzoek, de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), is enthousiast over de resultaten. Het is voor de eerste keer dat het onderzoeksprogramma voor duurzame chemische technolgie ACTS (Advanced Chemical Technologies for Sustainability) tot een patentaanvraag leidt. Het onderzoeksproject is één van de negen projecten projecten die momenteel lopen binnen het ACTS-programma IBOS (Integratie van Biosynthese en Organische Synthese). In dit project participeert overigens ook de Technische Universiteit Eindhoven, naast de al genoemde Universiteit van Amsterdam, de Radboud Universiteit Nijmegen en Synthon.