Promotor (Prof. Dirk De Vos)
De aarde waarop wij wonen is verre van utopisch. Overbeviste zeeën en oceanen, uitstervende diersoorten, vervuiling, CO2 problematiek en de Amerikaanse president Trump die klimaatsverandering een ‘hoax’ noemt. Verder hebben amines, belangrijke bouwstenen in de chemische industrie, een fossiele oorsprong. Ammoniak wordt namelijk geproduceerd uit aardgas via het Haber-Boschproces. Hiermee worden verschillende organische componenten, die vaak zelf ook gebaseerd zijn op fossiele grondstoffen, geamineerd tot amines. Ondanks hun niet optimale afkomst, toch hebben deze moleculaire bouwblokken een groot maatschappelijk nut. Amines worden bijvoorbeeld gebruikt in de synthese van landbouwchemicaliën en medicijnen tegen kanker, AIDS, alvleesklierziekten etc. Het onderzoek in deze thesis biedt een groen, milieuvriendelijk alternatief: de synthese van amines uit aminozuren.
U vraagt zich misschien af: “Waar komen deze aminozuren vandaan? Aminozuren zijn toch eetbaar, gaan ze niet beter naar de voedingsindustrie?” Momenteel worden de meeste aminozuren in zuivere vorm geproduceerd via een fermentatieproces. Deze aminozuren zijn inderdaad beter geschikt voor de voedings- en voederindustrie. Eiwitrijke afvalstromen echter, zoals slachtafval en zijstromen van de landbouw, zijn wel geschikt voor de synthese van chemicaliën. Zowel vanuit een economisch als milieubewust standpunt is dit een goede zaak. Afvalstromen zijn zeer goedkoop. Valorisatie ervan tot hoogwaardige chemicaliën laat toe om veel winst te maken. Anderzijds worden deze productstromen meestal verbrand of soms gebruikt als voeder. Beide scenario’s resulteren in de uitstoot van NOx en/of NH3. Deze komen als broeikasgassen terecht in onze atmosfeer of vervuilen het grondwater.
“Hoe zet je aminozuren dan precies om in amines?” Hier zijn twee mogelijkheden voor. Een eerste is hydrodeoxygenatie (HDO). Alle aminozuren bezitten inherent een amine- en een carboxylzure groep. Bij HDO wordt de carboxylzure groep (-COOH) gehydrogeneerd tot een methylgroep (-CH3). De resulterende amines bevatten een stereocentrum en worden bij voorkeur in enantiozuivere vorm gesynthetiseerd. De tweede manier is decarboxylatie van aminozuren (DCO). Hier wordt de carboxylzure groep van het aminozuur afgeknipt, resulterend in eindstandige, primaire amines. In het onderzoek van deze thesis was de DCO van aminozuren zeer succesvol. Met L-valine als modelsubstraat werd een opbrengst van 87% verwezenlijkt voor isobutylamine. Hiervoor werd gebruik gemaakt van een vaste, makkelijk af te scheiden rutheniumkatalysator. Daarnaast werden de reacties uitgevoerd in water als milieuvriendelijk solvent. Het succes bleef echter niet beperkt tot L-valine. Bijna alle andere aminozuren konden eveneens met succes worden gedecarboxyleerd. Toegevoegd extern zuur bleek een grote invloed te hebben op de uiteindelijke productopbrengst. Enerzijds is een geprotoneerd amine in water beschermd tegen degradatiereacties. Anderzijds versnellen protonen de nevenreactie (HDO). Om die reden is er een optimum voor de toegevoegde hoeveelheid zuur.
Een laatste vraag die u zich mogelijk stelt, is: “Is de valorisatie van eiwitrijke afvalstromen eenvoudig en haalbaar?” Momenteel is de grootste uitdaging de scheiding van de verschillende aminozuren, verkregen uit deze afvalstromen. Met de resultaten van deze thesis kan dit probleem omzeild worden. De ontwikkelde reactie kan uitgevoerd worden op mengsels van aminozuren. De geproduceerde amines kunnen nadien veel eenvoudiger van elkaar worden gescheiden via bijvoorbeeld destillatie. Eiwitrijke afvalstromen zijn dus zeer geschikt voor de synthese van hernieuwbare amines.