Katalin Barta forscht daran, wie sich biobasierte Rohstoffe anstelle fossiler Ausgangsmaterialien in der chemisch-pharmazeutischen Industrie etablieren lassen. Im Fokus stehen energieeffiziente, ressourcenschonende Synthesen ohne giftige Ausgangsstoffe und mit möglichst geringem Abfallaufkommen, die zugleich wirtschaftlich konkurrenzfähig sein sollen. Aus Sicht der Forscherin wird die Kreislaufwirtschaft ohne innovative chemische Transformationswege nicht auskommen.
Lignin als Quelle für Aromaten und Wirkstoffgerüste
Ein Schwerpunkt von Bartas Arbeit ist Lignin – ein strukturgebender Holzbestandteil, der in der Papier- und Holzindustrie in grossen Mengen als Nebenprodukt anfällt. Lignin ist die grösste natürliche Quelle für Aromaten, also ringförmige, besonders stabile Kohlenstoffgerüste, die zentrale Bausteine vieler Kunststoffe, Harze, Farbstoffe und pharmazeutischer Wirkstoffe sind. Bislang stammen Aromaten fast ausschliesslich aus Erdöl.
Weniger Syntheseschritte dank «embrace the complexity»
Im vom FWF geförderten Projekt «WoodValue: Nachhaltige Wege zu bioaktiven Heterocyclen aus Holz» verfolgt das Team den Ansatz, die strukturelle Komplexität von Lignin gezielt zu nutzen. Anstatt einfache petrochemische Bausteine in vielen Einzelschritten aufzubauen, werden ligninbasierte Zwischenprodukte mit bereits vorhandenen «Legosteinen» für die Synthese komplexer Wirkstoffgerüste eingesetzt. Dieses «embrace the complexity»-Prinzip ermöglicht es, in deutlich weniger Schritten zum Zielmolekül zu gelangen. Ein Beispiel: Bestimmte Benzoaxine liessen sich in drei Schritten aus Holzspänen herstellen, während herkömmliche Routen aus Erdöl 13 Schritte benötigen.
Von Dopamin bis neuen bioaktiven Gerüsten
Bartas Gruppe konnte zeigen, dass sich bekannte pharmazeutische Moleküle wie Dopamin aus Lignin ableiten lassen. In einer Arbeit in «Angewandte Chemie» wurden ligninbasierte Plattformmoleküle genutzt, um auf grünem Weg zu biologisch aktiven Strukturklassen wie tetrahydroisochinolinischen Verbindungen, Quinazolinonen, 3‑Arylindolen und tetrahydropapaverolin zu gelangen. Die entwickelten katalytischen Sequenzen sind atomökonomisch, verwenden gut verträgliche Reaktionsmedien – etwa schaltbare Deep-Eutectic-Solvents – und erzeugen nur harmlose Nebenprodukte.
E-Faktor, Energieeinsparung und industrielle Relevanz
Die Verkürzung der Syntheserouten verbessert sowohl die Energiebilanz als auch den in der grünen Chemie wichtigen E‑Faktor, der das Verhältnis von Abfall zu Produkt beschreibt. In klassischen pharmazeutischen Prozessen kann dieser bis zu 100 Kilogramm Abfall pro Kilogramm Wirkstoff betragen. Mit ligninbasierten Routen und reduzierten Schrittzahlen sinkt das Abfallaufkommen deutlich, was sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Vorteile verspricht.
Auszeichnungen und Kooperationen
Für ihre Beiträge zu nachhaltigen Synthesestrategien und klimarelevanter Grundlagenforschung wurde Katalin Barta 2025 mit dem Zero Emissions Award der alpha+ Stiftung des FWF ausgezeichnet. Im Rahmen von «WoodValue» arbeitet sie mit der Helmholtz-Gemeinschaft zusammen, um die bioaktive Wirkung neu entwickelter Lignin-Derivate zu untersuchen; bei einem erheblichen Teil der bisher getesteten Verbindungen wurden bereits vielversprechende Eigenschaften festgestellt. Insgesamt soll das Projekt bis 2027 grüne, ligninbasierte Ausgangsbausteine für hochwertige Produkte wie Pharmazeutika bereitstellen.