Met flowchemie wil ik organici meer mogelijkheden geven

Chemische technologie en organische synthese zijn disciplines die normaliter verschillende talen spreken. Timothy Noël voelt zich thuis in beiden en vertelt dat zijn groep nu voor 40% bestaat uit ingenieurs en voor 60% uit synthetici. ‘Gaandeweg gaan ze elkaar beter snappen. Met name in de farmawereld blijken onze studenten daardoor zeer gewild.’

Noël toont zich een voorvechter van flowchemie: synthese zoals een ingenieur dat aanpakt, niet in reageerbuisjes maar in een miniatuurversie van een chemische fabriek. Door disciplines te combineren, schept hij nieuwe kansen voor met name de farmaceutische sector. Om twijfelaars te overtuigen, kiest hij daarbij voor omzettingen die tot nu toe onhaalbaar leken. Zo publiceerde hij onlangs in Science een recept om C-H bindingen in methaan, ethaan, propaan en butaan fotochemisch te activeren bij kamertemperatuur.

Waarom zouden organici ineens kiezen voor microreactoren? Als ze op safe spelen en met rondkolfjes blijven werken, halen ze hun emeritaat ook wel.

‘Hoe hardleers ze ook zijn, ze moeten beseffen dat flowchemie de manier is om hun chemie aan de markt verkocht te krijgen. Nu je ziet dat zelfs de goeroes van het vakgebied er voorzichtig aan beginnen, is er geen ontkomen meer aan. Sommigen zeggen dat het vloeken in de kerk is om jezelf te verlagen tot ingenieursniveau. Maar ik zie niet waarom technologie een probleem zou moeten zijn. Het kan alleen maar een meerwaarde geven aan synthese.

‘Nu je ziet dat zelfs de goeroes van het vakgebied voorzichtig aan flowchemie beginnen, is er geen ontkomen meer aan’

Wij willen net dat terra incognita gaan ontdekken dat al zo lang aan de kant is geschoven omdat men het te bewerkelijk en te moeilijk vond. Zo gebruiken organici bij voorkeur geen gassen maar vaste stoffen die analoog reageren, bijvoorbeeld kaliumpermanganaat als oxidant in plaats van zuurstof. Dat kunnen ze tenminste in een potje scheppen. In het lab gaat dat goed maar zodra je op grotere schaal gaat werken, wordt het een bezwaar dat de kostprijs misschien wel honderd of duizend keer hoger is. Om de vertaalslag van lab naar industrie zo kort mogelijk te houden, kun je beter vanaf het begin kiezen voor gassen. In een microreactor kan dat.’

Flowchemie wordt ook vaak geassocieerd met syntheserobots. Hoe sta je daar tegenover?

‘We zijn al bezig met een soort robotchemicus, waarmee we nieuwe reactiviteiten willen gaan screenen. Maar ik denk dat je realistisch moet zijn: het zal helpen, maar we gaan er niet van de ene dag op de andere de wereld mee veranderen. In papers kom je beloftes tegen die voor mijn gevoel een beetje overdreven zijn. Het gaat de menselijke chemicus niet uit de markt drukken, dat kan ik je nu al vertellen.

Maar het is leuk om te doen, zeker als je er een sausje van machine learning over kunt gooien. Flowchemie leent zich daar uitstekend voor. Je hebt controle over je massa- en je energieoverdracht, en bij fotochemie een gelijkmatige belichting, dus je genereert zeer goed gecontroleerde data. In een machine learning-algoritme gaan die hopelijk echt goede resultaten opleveren.’

Nogal wat organici knorren dat er zonder labwerk weinig overblijft van hun ambacht.

‘Over klassieke chemisten zou ik me geen zorgen maken. Die kunnen zich gaan bezighouden met leukere aspecten van de chemie. Neem quenching-experimenten bij fotokatalyse: repetitief werk dat mijn studenten haatten. Toen we dat eenmaal hadden geautomatiseerd, kregen we veel betere resultaten en kwam meer tijd vrij voor dingen die ze echt interessant vonden.

‘In papers kom je beloftes over syntheserobots tegen die voor mijn gevoel een beetje overdreven zijn’

 Wat farmabedrijven nu al aan apparatuur hebben staan, is ongelofelijk. Daar gaat het om het zo rap mogelijk maken en testen van moleculen, om bijna instantaan een go/no go beslissing te kunnen nemen. Dat ga je niet tegenhouden.’

Onder ingenieurs is organische chemie niet het meest populaire vak. Waarom kan het jou wel boeien?

‘Organische chemie laat zich zeer moeilijk in formules gieten. Ik vond het bijna esoterisch. Zelfs nu je er dankzij DFT beter aan kunt rekenen, blijft het iets van een kunst hebben. Je hebt een molecuul dat al mooi is om naar te kijken en je denkt: hoe gaan we dat nu eens opbouwen? Ik zag er snel de logica van in. Op de middelbare school vond ik het al leuk, terwijl de meeste mensen in de klas het verschrikkelijk vonden.

Beeld: Hans Dirksen

Als je dan een doctoraat mág gaan doen in een synthese-omgeving, kijken ze je in het begin wel aan van: wat komt dat ingenieurtje hier doen? Dan kun je twee dingen doen: jezelf laten intimideren of werken vanuit een positieve energie. Dat soort feedback heeft me altijd wel gedreven.’

Ik begrijp dat je daarna min of meer per ongeluk de flowchemie bent ingerold.

‘In 2009 was het moeilijk om een goede postdocpositie te vinden in Europa. Ik moest maar geduld hebben tot er concreet geld op tafel kwam, zeiden ze. Maar geduld is iets dat ik niet zo heb. Dus probeerde ik het in Amerika. Wel bij topuniversiteiten: ik was net getrouwd en wilde het mijn vrouw niet aandoen om voor minder te gaan. Ik stuurde onder meer een sollicitatie naar Stephen Buchwald van het MIT, omdat ik geïnteresseerd was in zijn C-N crosscoupling. Hij bood me een postdoc aan, maar dan moest ik wel flowchemie gaan doen. Ik dacht: ‘What the hell is that?’ Maar toen ik me had ingelezen en die mooie capillairtjes zag, realiseerde ik me dat mijn chemiekennis en mijn ingenieurskennis prachtig bij elkaar komen. Om te beginnen lieten ze me kijken naar verstoppingsproblemen waar ze al een jaar last van hadden. Ik denk dat ik het in twee weken heb opgelost.’

‘Organische chemie laat zich zeer moeilijk in formules gieten; ik vond het bijna esoterisch’ 

En hoe kwam je daarna in Nederland terecht?

‘Ook dat was toeval. In België (Noël is Vlaming, red.) waren binnen mijn specialisme geen vacatures voor universitair docenten, in Nederland wel. In Eindhoven waren de groepen van Jaap Schouten en Volker Hessel zelfs al bezig met microreactoren, dus de infrastructuur was al voorradig. Ik dacht: als ik me daarbij aansluit, heb ik ook meteen een netwerk in Europa. Ik heb wel vanaf het begin gezegd dat ik er een eigen twist aan wilde geven, en iets wilde doen wat een ander nog niet deed.’

Je aanvraag voor een Vici-grant is net de deur uit. Ook weer flowchemie?

‘Ja, en dit keer met elektrofotochemie als toepassing. Ik ben altijd op zoek naar takken van sport waar de technologie een impact zal hebben. We zijn ooit gestart met fotochemie, later doorgegaan met elektrochemie, en nu dus de combo.

‘Ik heb vanaf het begin gezegd dat ik iets wilde doen wat een ander nog niet deed’

Mijn interesse in fotochemie werd gewekt toen ik als postdoc een lezing bijwoonde over fotoredoxkatalyse. Heel lang was dat een niche geweest, maar een Science-publicatie van David MacMillan had veel mensen wakker geschud. Tijdens die lezing realiseerde ik me dat licht per definitie niet diep doordringt; dat kun je dan toch beter in een microreactor doen? Het leek me een ideaal platform.

Onlangs las ik op chemRxiv dat ze bij farmabedrijf AbbVie een fotoredoxreactie voor een building block hebben opgeschaald naar 500 kg. Tot mijn verbazing bleken wij dat proces zelf te hebben ontwikkeld, in 2014. Dat heb ik dus ook maar in die Vici-aanvraag gezet.’