Leki syntetyzowane dzięki światłu? Badaczka z UW i PAN rozwija fotochemię
Mgr inż. Barbara Fabjanowicz z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego i Instytutu Chemii Organicznej PAN opracowuje reakcje chemiczne, w których energię zamiast ogrzewania dostarcza światło. Takie metody mogą w przyszłości zmniejszyć zużycie energii przy syntezie substancji czynnych leków.
Fabjanowicz zajmuje się fotokatalizą. W tej metodzie specjalnie dobrane związki, czyli fotokatalizatory, pochłaniają energię światła i przekazują ją innym cząsteczkom, a same wracają do stanu wyjściowego. Dzięki temu wystarczają bardzo małe ilości tych złożonych związków, a wiele reakcji można prowadzić bez dodatkowego ogrzewania.
Opracowywane przez badaczkę metody przekształcania prostych związków w bardziej złożone cząsteczki mogą znaleźć zastosowanie m.in. w syntezie substancji czynnych dla farmacji.
Sektor ochrony zdrowia odpowiada za ok. 5 proc. światowych emisji gazów cieplarnianych, a leki mogą stanowić od 20 do 55 proc. śladu węglowego całej ochrony zdrowia. W latach 1995–2019 globalny ślad węglowy związany z produkcją i stosowaniem farmaceutyków wzrósł o 77 proc. Jednym ze sposobów na jego ograniczenie jest zmniejszenie zużycia energii przy syntezie substancji czynnych.
Od amin do fluorków alkilowych
Fabjanowicz bada wykorzystanie amin alifatycznych w syntezie organicznej. Pracę magisterską poświęciła fotokatalitycznej metodzie otrzymywania fluorków alkilowych z amin. Promotorami byli dr hab. Marcin Kałek, prof. UW, oraz prof. Dorota Gryko z IChO PAN. Od niedawna prowadzi także badania nad reakcjami fotokatalitycznymi w roztworach micelarnych. Mogą one zastąpić rozpuszczalniki organiczne, które często szkodzą środowisku.
Badaczka ukończyła technologię chemiczną na Politechnice Warszawskiej, a następnie chemię stosowaną na Uniwersytecie Warszawskim. Jest współautorką publikacji w „Angewandte Chemie International Edition” i „ChemistrySelect”. Za poster o wykorzystaniu amin alifatycznych zdobyła drugą nagrodę na konferencji Summer School on Organic Synthesis under Non-classical Conditions. Badaczka została stypendystką 25. edycji programu L’Oréal-UNESCO Dla Kobiet i Nauki w kategorii magisterskiej.
Fotochemia wciąż w małej skali
Reakcje prowadzone z wykorzystaniem światła to jeden z najszybciej rozwijających się obszarów chemii organicznej. Pozwalają projektować nowe drogi syntezy, skracać liczbę etapów produkcji i ograniczać zapotrzebowanie na energię. Na razie prowadzi się je jednak głównie w specjalistycznych fotoreaktorach, emitujących światło o określonej długości fali, i w niewielkiej skali. Celem chemików jest przeniesienie fotochemii do wielkotonażowych procesów przemysłowych.
Niedawno informowaliśmy, że naukowcy z Uniwersytetu Gdańskiego i Instytutu Fizyki Jądrowej PAN sprawdzili, czy świecące bakterie mogłyby zastąpić lampy jako źródło światła w fotokatalitycznej produkcji wodoru. Na razie biologiczne światło okazało się kilkadziesiąt razy za słabe, by uruchomić reakcję na wykrywalnym poziomie. W fotokatalizie materiał zwany fotokatalizatorem pochłania światło i wykorzystuje jego energię do wydzielania wodoru, docelowo przez bezpośredni rozkład wody na wodór i tlen. Jak wskazują autorzy, kluczowym ograniczeniem metody jest dotarcie światła do fotokatalizatora. W laboratorium wystarczy skierować na próbkę lampę.
W większych instalacjach promieniowanie jest jednak pochłaniane i rozpraszane, zanim przeniknie w głąb cieczy. Fotoreaktory wymagają więc dużych przezroczystych powierzchni, płytkich zbiorników lub gęstej sieci cienkich kanałów, co utrudnia zwiększanie skali produkcji.
Ciepło procesowe to wyzwanie dla dekarbonizacji
Badania nad fotokatalizą dotykają mniej widocznego frontu transformacji energetycznej: ciepła w procesach przemysłowych. Duża część energii w chemii i farmacji służy do podgrzewania reaktorów, a dekarbonizacja tego ciepła jest trudniejsza niż zmiana źródeł prądu. Reakcje napędzane światłem z diod LED przenoszą zapotrzebowanie z ciepła na energię elektryczną. Ta może pochodzić z odnawialnych źródeł, a do tego reakcje często zachodzą w łagodniejszych warunkach.
Droga od laboratorium do fabryki jest jednak daleka. Fotochemia działa dziś głównie w małej skali. Przemysł farmaceutyczny jest przy tym bardzo ostrożny we wdrażaniu nowych procesów, bo każda zmiana metody produkcji leku wymaga dodatkowych procedur regulacyjnych. Prace takie jak badania Fabjanowicz trzeba więc traktować jako element długoterminowej zmiany. Jej efekty w postaci niższego śladu węglowego leków zobaczymy raczej za lata niż za miesiące.
Patrycja Rapacka
patrycja.rapacka@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
Obserwuj nas w Google News
