Veiligheid door natuurlijk ontwerp: goedaardige bisfenolen uit biomassa

Synthetische polymeren zijn cruciaal voor het behoud van onze hoge levenskwaliteit. Hoewel onze huidige kunststofeconomie vele voordelen oplevert, heeft ze echter geleid tot één van de grootste milieuproblemen van onze tijd. Plasticvervuiling is nu wijdverspreid, waardoor zowel mens als milieu aanzienlijk worden blootgesteld aan chemicaliën. In deze context, zijn vooral hormoon-verstorende stoffen met hoge productievolumes, zoals bisfenolen, erg verontrustend.

Bisfenolen, en vooral bisphenol A (BPA), zijn unieke polymeer precursoren die essentieel zijn voor de synthese van polymeren met superieure thermische en fysisch-mechanische eigenschappen. Belangrijke voorbeelden hiervan zijn polycarbonaat drinkflessen, epoxyhars-gebaseerde conservenblik coatings en vinylhars-afgeleide tandcomposieten. Ondanks deze cruciale rol is BPA helaas zeer controversieel omwille van zijn interferentie met de natuurlijke oestrogeenreceptor (ER). Hoewel dit al lang geweten was werd dit pas een heikel punt toen de uitloging van BPA uit polymeren bekend werd. Sindsdien wordt BPA nauwkeurig onderzocht en is ze gekoppeld aan een groot aantal schadelijke effecten op de menselijke gezondheid en het milieu. Daarom startte een zoektocht naar veiligere BPA alternatieven. Echter, de benodigde intrinsieke rigiditeit en stijfheid maakt BPA bijna onvervangbaar. Bijgevolg kon de overvloed aan zogenaamde 'BPA-free' alternatieven de prestatienormen van BPA-gebaseerde polymeren tot nu toe nog niet evenaren of waren deze ook controversieel vanuit veiligheidsoogpunt.

Bovendien vereist de productie van BPA fenol dat uit fossiel benzeen wordt gemaakt. Echter (i) de grote discrepantie tussen de fenol- en acetonmarkt (vanwege de sterke groei in BPA-vraag), en (ii) de volatiliteit van de benzeenmarkt, vormen op termijn een reële bedreiging voor de rendabiliteit van de fenol en de sterk gerelateerde BPA productie. Daarom zijn verschillende benzeenvrije methoden voorgesteld die fenol maken uit hernieuwbare grondstoffen. Door de huidige schaalgrootte van de BPA-productie zullen echter enkel de abundante (aromatische) hernieuwbare bronnen de moeite waard zijn om fenol in grote mate te vervangen, en dus de toekomstige productie van duurzame BPA vervangingen te garanderen.

Deze PhD onderzoekt daarom de kracht van rationeel ‘safety-driven molecular design’ in de synthese van duurzame bisfenolen vanuit biomassa. De essentie hierin bestaat uit een compromis te vinden tussen veiligheid en functionaliteit door de kenmerken die oestrogene activiteit veroorzaken te elimineren, en terwijl de structuren voor prestatie te behouden. Een veelbelovende strategie om bisfenolen met minimale oestrogene activiteit te ontwerpen omvat de inbouw van o-methoxy-groepen. Deze gunstige blauwdruk is aanwezig in het natuurlijke ontwerp van het aromatische biopolymeer lignine – het op één na meest abundante bestanddeel in plantbiomassa. Bovendien laat de recente valorisatie van houtlignine doorschemeren dat deze methoxyfenolen mogelijks beschikbaar zullen komen uit toekomstige bioraffinaderijen. Zo fungeert biomassa niet alleen als een doel om fossiele bronnen te vervangen, maar dient ze ook als middel om minder toxische moleculen te maken. Om niet alleen veiligere maar ook functionele designs te realiseren, moet minstens het methyleendifenol skelet behouden blijven. Bijgevolg wordt een nieuw platform van ge-o-methoxyleerde methyleendiphenolen ontwikkeld.