Chemicus Tjøstil Vlaar van de Vrije Universiteit promoveerde eerder deze maand cum laude op nieuwe syntheseroutes voor medicijnen en medicijn-achtige stoffen. De door hem ontwikkelde methoden zijn duurzamer en sneller dan de huidige routes. Zijn benadering is al door veel andere onderzoeksgroepen overgenomen.
De industriële productie van medicijnen vergt complexe en daardoor vaak inefficiënte productieprocessen. Meestal zijn veel chemische reactiestappen nodig die steeds nieuwe chemicaliën vergen en soms tot veel afval leiden.
Om de productie van medicijnen schoner en efficiënter te maken zijn dus nieuwe chemische routes nodig, met minder processtappen en een veel lager verbruik van chemicaliën. Tjøstil Vlaar heeft in zijn promotie-onderzoek laten zien dat isocyanides daarbij een belangrijke rol kunnen spelen.
Vlaar onderzocht deze isocyanides in aanwezigheid van het element palladium. Hij gebruikte die combinatie om allerlei medicijnachtige stoffen te synthetiseren. Op een efficiënte en milieuvriendelijke manier. Palladium dient daarbij als katalysator; het maakt de reactie mogelijk maar wordt zelf niet verbruikt. Er is dus maar een klein beetje van nodig.
Veelzijdige bouwsteen
Palladium is een belangrijk katalysatormateriaal in de organische chemie. In 2010 kreeg het trio Heck, Negishi and Suzuki er nog de Nobelprijs voor. Chemici gebruiken het metaal onder andere om koolmonoxide als bouwsteen te kunnen gebruiken in de synthese van een hele reeks functionele moleculen.
Isocyanides zijn in feite het stikstofgebaseerde equivalent van koolmonoxide. De variabele zijgroep R maakt ze in principe tot een veelzijdige bouwsteen voor de synthese van allerlei stikstofhoudende chemicaliën. Totdat Tjøstil Vlaar met zijn onderzoek begon, was er relatief weinig onderzoek gedaan naar palladiumgekatalyseerde reacties met isocyanides.
Cum laude
In drie jaar tijd publiceerde Tjøstil Vlaar tien wetenschappelijke artikelen over zijn onderzoek, in vooraanstaande tijdschriften zoals Angewandte Chemie. In 2013 werden zijn artikelen al meer dan tachtig keer geciteerd. In dat jaar behaalde hij ook de prijs voor beste PhD lezing op de katalyse- en chemieconferentie NCCC in Noordwijkerhout.
In combinatie met de kwaliteit van zijn proefschrift leverde dit alles hem het predikaat cum laude op. Niet meer dan vijf procent van de promovendi aan de VU krijgt dit judicium.
Volgens zijn begeleider professor Romano Orru (onderzoeksgroep Synthetische & Bio-organische Chemie) is Vlaar dan ook een jonge wetenschapper van uitzonderlijke kwaliteit: “Tjøstil nam het initiatief om een andere koers dan het oorspronkelijke onderzoeksvoorstel te varen en het volledige potentieel van de isocyanide inserties te onderzoeken. Dit resulteerde in een wereldwijde leidende positie van onze groep op dit gebied. Na onze eerste publicaties sprongen andere groepen over de hele wereld op dit onderwerp en steeg het aantal publicaties exponentieel.”
Voorbeelden
Het proefschrift van Tjøstil Vlaar bevat veel voorbeelden van de toepassing van isocyanides in palladiumgekatalyseerde synthese. Zo slaagde hij er in om in één enkele reactieprocedure een verbinding te maken met potentie voor de ontwikkeling van medicijnen tegen kanker. Zulke éénpots multicomponent syntheses zijn veel sneller en efficiënter dan bestaande methoden.
Een ander voorbeeld is een schone syntheseroute naar een breed scala aan biologisch actieve moleculen, waarbij water het enige bijproduct is. Hij gebruikte die onder andere bij de synthese van astemizol, een antihistamine medicijn.
Kinderschoenen
Hoewel Vlaar een aantal aansprekende voorbeelden wist aan te dragen, staat de palladiumgekatalyseerde isocyanide-chemie nog in de kinderschoenen. Voorlopig zijn er nog geen industriële toepassingen. Toch is de verwachting dat het onderzoek bij de Vrije Universiteit en andere onderzoeksgroepen uiteindelijk tot verbeteringen en nieuwe toepassingen zal leiden. En tot snellere en meer milieuvriendelijke synthese van medicijnen op industriële schaal.
Het is ook zeker mogelijk dat de nieuwe reacties de synthese van nu nog onbekende stoffen binnen bereik brengt. Dat zou op den duur tot volledig nieuwe medicijnen kunnen leiden.
Voorafgaand aan zijn promotie lichtte Tjøstil Vlaar zijn onderzoek toe voor niet-chemici, onder andere aan de hand van de syntheses van pijnstiller paracetamol en van het anti-histamine medicijn astemizol.