S'appuyant sur une méthode précédemment brevetée de production de paracétamol, l'ingrédient actif du Tylenol, la découverte promet une voie plus verte vers l'un des médicaments et autres produits chimiques les plus utilisés au monde. Plus important encore, cela pourrait fournir de nouvelles sources de revenus pour rendre les biocarburants cellulosiques (dérivés de fibres végétales non alimentaires) compétitifs par rapport aux combustibles fossiles, le principal moteur du changement climatique.

"Nous avons fait de la R&D pour le mettre à l'échelle et le rendre réalisable", explique Steven Karlen, un scientifique du Centre de recherche sur la bioénergie des Grands Lacs qui a dirigé la recherche publiée récemment dans la revue ChemSusChem. .

Le paracétamol, également connu sous le nom d’acétaminophène, est l’un des produits pharmaceutiques les plus utilisés, avec une valeur marchande mondiale d’environ 130 millions de dollars par an. Depuis son introduction au début des années 1900, ce médicament est traditionnellement fabriqué à partir de dérivés du goudron de houille ou du pétrole.

En 2019, Karlen et John Ralph, professeur de biochimie à l'UW-Madison, ont montré comment il pouvait être fabriqué à partir d'un composé présent dans des peupliers en utilisant une réaction chimique bien connue.

Aujourd'hui, l'équipe de Karlen a amélioré le processus de fabrication du paracétamol ainsi que d'autres médicaments, pigments, textiles et plastiques biodégradables d'une valeur marchande cumulée de plus de 1,5 milliard de dollars, un portefeuille de produits qui, selon Karlen, pourrait soutenir des dizaines de petites bioraffineries alimentant de plus grandes hubs sans saturer le marché.

Le processus est disponible sous licence commerciale par l'intermédiaire de la Wisconsin Alumni Research Foundation, l'organisation à but non lucratif qui commercialise les découvertes universitaires pour soutenir la recherche en cours.

La molécule de paracétamol est constituée d’un cycle benzénique à six carbones auquel sont attachés deux groupes chimiques. Les peupliers produisent un composé similaire appelé p-hydroxybenzoate (pHB) dans la lignine, la partie de la paroi cellulaire qui lie les sucres des plantes entre eux et fournit leur structure.

La lignine regorge de composés aromatiques précieux qui pourraient remplacer de nombreux produits pétrochimiques et fournir aux bioraffineries des sources de revenus supplémentaires pour rendre les carburants d’origine végétale compétitifs. Le défi consiste à décomposer la chaîne complexe et irrégulière de molécules en composants utiles.

Il s'avère que le pHB est relativement facile à éliminer avec un traitement chimique, mais alors que la découverte initiale a montré qu'il était chimiquement possible de le transformer en paracétamol, Karlen dit que le processus n'a pas converti suffisamment de matière première en produit final.

Le chercheur Vitaliy Tymokhin a découvert que le traitement de la biomasse du peuplier avec une méthode différente, et généralement moins coûteuse, convertissait presque tout le pHB en un autre produit chimique qui peut ensuite être converti en paracétamol ou en une molécule moins précieuse avec d'autres applications.

"Vous pouvez fabriquer des colorants comme l'encre noire, des polymères qui peuvent être utilisés dans des textiles ou des applications de matériaux, les convertir en adhésifs ou en produits de ce genre", explique Karlen. "Il s'agit d'un marché énorme et d'une grande valeur."

En recyclant le produit n'ayant pas réagi dans un réacteur continu, les scientifiques ont réussi à convertir 90 % de la matière première en paracétamol, qu'ils ont extrait à l'aide d'une méthode moins coûteuse que les techniques de purification traditionnelles. Karlen dit qu'il devrait être possible d'augmenter le rendement jusqu'à 99 %.

Le processus est principalement à base d'eau, repose sur des solvants verts et est une réaction continue plutôt que discontinue, ce qui le rend idéal pour les applications industrielles.

"Lorsque je coupe l'arbre, il peut alimenter directement un réacteur qui en extrait le benzamide", explique Karlen. "Vous ne vous arrêtez donc jamais. Aussi vite que vos camions peuvent entrer et remplir cette trémie, vous pouvez continuer à traiter."