EDITIE 33, SEPTEMBER 2017

Nieuw laboratorium EcoSynth is

springplank voor hybride model

van R&D en service-activiteiten

Met het in april 2017 in gebruik genomen gloednieuwe door Köttermann ingerichte laboratorium in het Vlaamse Deinze heeft EcoSynth ruimte gemaakt om verder te groeien. De momenteel dertien medewerkers hebben er de beschikking over 25 zuurkasten. Die worden gebruikt voor een synergetische mix van klantgerichte opdrachten op het gebied van synthese, procesontwikkeling en stabiliteitsstudies, en R&D aan flowchemie, katalyse en fotochemie.

WO2011157645. In dit patent, waaraan onder nummer EP2582453 B1 eind 2016 een Europees octrooi is verleend en waarvoor inmiddels ook al octrooien in de Verenigde Staten, Japan en China zijn toegekend, komt alles samen waar EcoSynth voor wil staan. Kern van het patent is het gebruik van een mengsel van twee zouten als katalysator bij de transesterificatie, een reactie die je veelvuldig tegenkomt bij de productie van actieve farmaceutische ingrediënten (API’s). Voor deze reactie veelgebruikte katalysatoren als alkoxides, hydroxides, mineraalzuren en niet-ionische basen leiden niet altijd tot de gewenste selectiviteit en efficiëntie, zeker als er meerdere functionele groepen op het ester- en/of alcoholreactant aanwezig zijn.

Bij de innovatieve, gepatenteerde benadering zorgt de combinatie van een metaal 1,3-dicarbonyl complex met een zout voor een dubbele en selectieve activatie van het ester en is een hoge tolerantie ten opzichte van de aanwezigheid van andere functionele groepen vastgesteld. “Onze vinding is gunstig voor farmabedrijven omdat door de hoge selectiviteit de kans op de vorming van bijproducten minimaal is. Bovendien zijn deze katalysatoren gevormd rond zink of ijzer, metalen die je ook terugvindt in het menselijk lichaam. Hierdoor hoef je niet, zoals dat bijvoorbeeld bij uiterst giftige palladium- of platina katalysatoren wel het geval is, omwille van veiligheidsregelgeving de restconcentraties tot uiterst lage waarden terug te brengen.
Dit levert aanzienlijke besparingen op in tijd en kosten omdat je geen complexe en dure scheidingstechnologieën hoeft in te zetten. In die zin is het een zeer duurzame oplossing, die we hebben kunnen bereiken door het benutten van onze kennis op het gebied van katalyse. Dit is naast flowchemie en fotochemie één van de drie domeinen waarin we onderzoek voeren om dan met de opgebouwde kennis onze dienstverlening op het gebied van custom synthese en procesontwikkeling te ondersteunen”, stelt Koen van Aken, CEO van het mede door hem opgerichte EcoSynth.

 

Groene chemie

Bij de oprichting, in 2001, stond de visie centraal dat groene chemie, duurzame chemie daadwerkelijk een economische realiteit zou worden. “Dat heeft even geduurd. De ‘time to adaptation’ bleek vrij lang. Hierbij was niet zozeer de technologische vooruitgang de beperkende factor, als wel de immersie, de adaptatie van de vastgeroeste waardeketens. Vanaf 2010 zien we dat het duurzame chemie karakter sterk is toegenomen. Dat is enerzijds het vertrekken vanuit biogebaseerde grondstoffen in plaats van de traditionele petrochemische producten en het hergebruiken of valoriseren van nevenproducten in het kader van de circulaire economie; iets wat we vooral in de traditionele chemische industrie zien, wat minder in de farma.

Maar duurzame chemie is ook het optimaliseren van je proces naar energieverbruik, er voor zorgen dat er geen toxische oplosmiddelen hoeven te worden gebruikt, dat syntheses zo selectief mogelijk worden uitgevoerd zonder (gevaarlijke) bijproducten of vervuilingen in je eindproduct, dat je minder afval genereert en eventueel bijproducten in een kringloop kunt verwerken. Het mooie is dat die duurzame doelstellingen ook een positief effect hebben op de economische waarde. Immers je hebt lagere energiekosten, je hoeft geen extra scheidingsstappen toe te passen om je eindproduct te isoleren, je bent minder geld kwijt aan afvalverwerking of je kunt zelfs volstaan met minder stappen in je pathway. Hierbij moet ik wel aantekenen dat je niet altijd voor de meest duurzame oplossing kunt gaan, juist vanwege de economische realiteit van de proceskosten, die de klant zo laag mogelijk wil houden. Als je een molecuul zo groen mogelijk wilt maken, maar daar heel veel tijd in moet steken, dan is de klant daar niet mee gediend, omdat het te duur wordt. Aan de andere kant, als je kunt kiezen uit twee processen met dezelfde opbrengst, dan is de keuze steeds vaker voor de duurzame variant”, vertelt Koen van Aken.

 

Communicerende vaten

EcoSynth is gestructureerd rond twee pijlers: service en R&D. Service was in het begin vooral de synthese van moleculen, met later ook procesontwikkeling. Recentelijk zijn stabiliteitsstudies (niet de standaard, maar speciale probleemoplossende) aan het servicepakket toegevoegd. Het chemical contract research bedrijf probeert deze activiteiten zo groen mogelijk aan te bieden. Dat is mede mogelijk door de andere pijler –R&D– te richten op groene technologieën, zoals flowchemie, katalyse en fotochemie.

 

COO Jean-Baptiste Joos (links) en CEO Koen van Aken zijn bij EcoSynth de enige twee van

de momenteeldertien medewerkers die niet regelmatig in een witte jas aan het werk zijn.

Hiermee worden niet alleen de service-activiteiten ondersteund, maar wordt ook innovatieve waarde gecreëerd, die via patenten en licenties te gelde kan worden gemaakt. Zie het voorbeeld van de gepatenteerde transesterifi catie, die EcoSynth sinds kort uitlicenseert. Waar het servicedeel bedrijfsmatig gezien meer een ad-hoc verhaal is, is het R&D-werk vooral gericht op de lange termijn, en is het resultaat een stuk onzekerder. “Maar als de R&D aanslaat geeft dat weer een veel grotere zekerheid voor het bedrijf”, stelt Koen van Aken. Hij ziet dit hybride systeem van communicerende vaten dan ook als een stabiel bedrijfsmodel, dat heeft geresulteerd in een geleidelijke organische groei.

 

Nieuw laboratorium

Om ruimte te bieden aan die groei is in Deinze, in een voormalig magazijn, een compleet nieuw laboratorium gebouwd en ingericht. “Ons voormalige laboratorium in Oostende was al bijna 50 jaar oud en bood niet meer voldoende ruimte om nieuw personeel aan het werk te zetten. Het ontbrak ons vooral aan zuurkasten. Waar we nu de beschikking hebben over 25 moderne zuurkasten van Köttermann, die aan alle Europese normen voldoen, hadden we er in Oostende maar 15”, vertelt Jean- Baptiste Joos, COO bij EcoSynth, en vanuit die positie projectverantwoordelijke voor de nieuwbouw.

Ook de laboratoriumtafels en -kasten van het nieuwe laboratorium
van EcoSynth in Deinze zijn geleverd en geïnstalleerd door Köttermann.

Hij heeft hiervoor Exilab, een projectbureau dat is gespecialiseerd in de bouw van laboratoria, in de arm genomen. “We hebben een plan gemaakt hoe we het beste onze wensen in de ruimte konden inpassen. Voordeel hierbij was dat we vanaf scratch konden ontwerpen, wat heel wat meer vrijheid biedt om je ideeën vorm te geven dan bij retrofi tting van een bestaand lab. Van daaruit hebben we verschillende leveranciers van labmeubilair benaderd voor de levering en installatie van de 25 zuurkasten (deels inloop voor de grotere opstellingen) en de laboratoriumtafels en -kasten. We hebben hierbij gekozen voor Köttermann, omdat de duurzame kwaliteit van het stalen meubilair ons zeer aanspraak en het materiaal er ten opzichte van dat van andere leveranciers gunstig uitsprong qua prijs/kwaliteitsverhouding. Daarbij oogt het meubilair en de zuurkasten ook erg mooi..”

 

Duurzaam

Bij de bouw van het laboratorium is veel aandacht besteed aan het HVAC-systeem dat er voor zorgt dat de lucht in het laboratorium minstens vijf keer per uur volledig wordt ververst. Buiten het gegeven dat je helemaal niets van oplosmiddelen ruikt als je door het lab loopt, zorgt dit ook voor een veilige en comfortabele werkomgeving. Die lucht wordt door een warmtewisselaar gevoerd, zodat 80% van de warmte-energie kan worden hergebruikt. “Duurzaamheid is niet alleen leidend in de oplossingen voor onze klanten, maar staat ook bij onze interne bedrijfsvoering bovenaan. In dat kader kan je ook de inzet van onze medewerkers op het laboratorium het predicaat duurzaam meegeven. Van de acht doctoren in de scheikunde binnen ons bedrijf werken er buiten Jean-Baptiste en mij zes in het lab. Het direct interpreteren van datgene wat zich in de zuurkasten afspeelt resulteert in zeer effi ciënte kennisoverdracht. Zo wordt hun kennis optimaal gebruikt. Dat is niet te vergelijken met het één of twee keer per dag een rondje maken in het lab...”, aldus Koen van Aken.

Flowchemie vormt met fotochemie en katalyse de R&Dbasis

onder het hybride businessmodel van EcoSynth.

Köttermann

www.kottermann.com

 

EcoSynth

www.ecosynth.be

 

R&D-TROEF 1: flowchemie

Het voordeel van flowtechnologie –het laboratoriumequivalent van continuous processing– is dat je al vanaf sub-gram schaal in een continu proces kunt werken. Je ziet direct wat de kritische procesparameters zijn, hoe de massa- en warmtetransfer verlopen, zodat je snel kunt optimaliseren. Je kunt de procesparameters veel beter onder controle houden en betere kwaliteitsspecificaties halen: er is geen batch-to-batch variatie. In het begin is flowchemie vooral ingezet in verband met veiligheid; je kunt chemie doen die anders in batch niet mogelijk was: de verboden zones opzoeken met hoge temperaturen, hoge drukken. Dat heeft te maken met de veel grotere oppervlakte-volume verhouding dan bij batchprocessen.

 EcoSynth zet flowchemie ook in voor custom synthese, tenminste als dat nodig is en betere resultaten (verbindingen die zuiverder zijn, processen die minder energie vergen) oplevert. Het is zeer specialistisch werk, waarbij niet alleen op het gebied van chemie veel komt kijken, maar ook qua controle, pompen en online analyse. EcoSynth onderscheidt zich hierbij nog eens extra doordat het een van de weinig bedrijven is die een breed gamma aan flowtechnologie biedt. Naast homogene en heterogene gekatalyseerde reacties zijn dat vloeistof-vloeistof- en gas-vloeistof-reacties, alsmede reacties op basis van alternatieve excitatiebronnen, zoals fotochemie en elektrochemie.

 

R&D-TROEF 2: fotochemie

Met behulp van fotochemie zijn reacties mogelijk die op de traditionele manier absoluut niet mogelijk zijn. Koen van Aken: “We gaan hiermee naar ‘new chemical space’, een beetje à la Star Trek: ‘going to new civilizations’!” Voor de farma-industrie, een belangrijke markt voor EcoSynth, heeft dit als voordeel dat ze IP-vrije libraries kunnen maken, simpelweg omdat die verbindingen nog nooit gemaakt zijn. Bovendien kunnen syntheseroutes behoorlijk worden ingekort: van vijf tot zes stappen naar twee tot drie is geen zeldzaamheid. Fotochemie staat, meer dan flowtechnologie, nog in de kinderschoenen.

Dit is voor EcoSynth, met zijn hybride model van R&D en service een groot voordeel: er is voor velen een barrière om eraan te beginnen, omdat fundamentele kennis nodig is over beheerste activatie en de te volgen reactie pathways. LED-technologie heeft een grote impuls gegeven aan de fotochemie, omdat je nu met monochroom licht kunt werken (waarvan een groot aantal golflengtes beschikbaar zijn), zodat je beter kunt controleren naar waar het reactiepad heengaat en zo mooie conversies en rendementen kunt bereiken voor specifieke producten.

 

R&D-TROEF 3: katalyse

Op het gebied van katalyse werkt Eco- Synth op verschillende fronten. De focus bij homogene katalyse ligt in de toepassing van niet-giftige, lichaamseigen metalen zoals Zn en Fe, waardoor er minder stringente eisen worden gesteld aan residuele concentratie in eindproducten en er geen dure en complexe zuiveringstechnieken hoeven te worden gebruikt. Naast heterogene katalyse wordt ook ingezet op ionische katalyse waarvoor de chemici technologieën ontwikkelen om gemakkelijker de ionen te verwijderen. Een vierde aandachtsgebied is externe katalyse, met fotochemie.

Bij deze reacties met directe activatie is geen katalysator betrokken die een residu oplevert; alleen een foton. Om de fotonen zo goed mogelijk te sturen is veel R&D nodig. Met fotochemie kun je, zeker in combinatie met flowtechnologie, quasi homogeen bestralen, en met behulp van LED kan dat ook nog eens monochroom. Door daarbij geen golflengtes te gebruiken die je niet nodig hebt, kan je ook de kans op nevenreacties beter in de hand houden.

 

 

In het nieuwe laboratorium

van EcoSynth hebben de chemici

de beschikking over 25

door Köttermann geleverde

zuurkasten.

KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA