撲熱息痛（又稱對乙醯氨基酚）是一種常用的止痛藥，一直以來都是用從破壞環境的煤焦油或原油中提取的化學物質製成的。現在，研究人員設計出了一種利用楊樹木材生產這種藥物的更環保的方法。

撲熱息痛最早合成於19 世紀，在美國和日本被稱為對乙醯氨基酚，是世界上最常用的止痛退燒非處方藥之一。它以泰諾和必理痛的名義出售，甚至被列入世界衛生組織的《基本藥物示範目錄》。

撲熱息痛的壞處在於，與大多數藥品一樣，它來自不可再生的石油化學產品。事實上，撲熱息痛曾被稱為”煤焦油鎮痛藥”，因為商業化生產撲熱息痛的起始原料是苯酚，而苯酚是從具有鎮痛特性的煤焦油蒸餾中提取的。如今，工業苯酚通常從原油而非煤焦油合成，但這仍然會帶來環境問題。

鑑於地球上有限的化石燃料供應和實現淨零排放的全球挑戰，威斯康辛大學麥迪遜分校的研究人員設計出了一種生產撲熱息痛的更環保方法：樹木。

2019 年，由華大麥迪遜分校生物化學教授約翰-拉爾夫（John Ralph）和五大湖生物能源研究中心（Great Lakes Bioenergy Research Center）的科學家史蒂文-卡倫（Steven Karlen）領導的團隊獲得了一項專利，他們的方法是從木質素（一類複雜的有機聚合物，是某些植物的”骨架”）合成撲熱息痛。從那時起，他們不斷改進這項工藝。

楊樹的木質素被分解轉化為撲熱息痛

首先是一些化學知識。對乙醯氨基酚分子（N-乙醯氧基對氨基苯酚）由一個六碳苯環和兩個化學基團（一個羥基和一個醯胺基）組成。楊樹中的木質素會產生類似的化合物，即對羥基苯甲酸酯（pHB）。然而，由於木質素的分子結構複雜且不規則，要將其分解成有用的成分非常困難。

面對挑戰，研究人員開發出一種方法，將pHB 分解成另一種化學物質，然後將其轉化為撲熱息痛（或其他用途的產品）。

卡倫說：”這可以製造黑色墨水等染料，也可以製造可用於紡織品或材料應用的聚合物，還可以將其轉化為粘合劑或類似的東西。它有著巨大的市場和價值。”

這裡有更多的化學知識，這種方法有三個加工階段。第一階段，植物性pHB被分解為對羥基苯甲醯胺（pHBA）。在第二階段，連續反應過程將pHBA轉化為對氨基苯酚，並回收未反應的pHBA。 (在連續反應過程中，所有化學反應都是同時進行的，處理過的材料不會像分批反應那樣被分成不同的部分）。第三階段是將對氨基苯酚乙醯化為撲熱息痛。

研究人員發現，這種製程的pHBA 對撲熱息痛的產率約為90%，撲熱息痛的純度超過95%。卡倫說，進一步研究，應該可以將產量提高到99%。

與傳統方法相比，新方法有幾個優點。它成本更低、主要以水為基礎、使用綠色溶劑，而且是連續反應而非批量反應，因此非常適合工業應用。

卡倫說：”我們進行了研發，以擴大其規模並使其成為現實。當我砍樹時，它可以直接進入反應器，提取苯甲酰胺。所以可以永遠不停下來。只要卡車能快速駛入並裝滿料斗，就能持續生產藥品。”

2022 年，pHBA的全球市場約為42,500 噸，價值6,600-8,500 萬美元。根據研究人員的計算，需要10 家生物精煉廠每天加工1000 噸pHBA含量為1.2 wt% 的楊木，才能滿足這項需求。他們建議，建立一個由小型生物精煉廠組成的網絡，為大型樞紐精煉廠提供原料，以提高產品轉化率，這將是一個可行的選擇，並可將產品市場規模從大約8500 萬美元擴大到15億美元。他們還說，該工藝可生產的其他有價值產品也具有增值潛力。

該研究發表在《ChemSusChem》雜誌。

編譯自: ScitechDaily