Green CAtalysis REnnes – GREENCARE

Les oxydations sélectives d’alcènes sont des réactions centrales de l’industrie chimique. En ajoutant de la valeur aux molécules transformées, celles-ci permettent la construction de nombreux dérivés d’intérêt. En particulier, la transformation des alcènes en 1,2-diols et leur coupure oxydante en dérivés carbonyles sont deux réactions d’importance industrielle, mises en œuvre pour produire des intermédiaires de synthèse, des plastifiants, lubrifiants, monomères et actifs pharmaceutiques et cosmétiques. Cependant, les procédés actuels d’oxydation d’alcènes en diols et leur coupure oxydante, bien que très efficaces, sont fortement critiqués pour le risque industriel qu’ils représentent. Ces procédés font appel à des réactifs hautement toxiques, polluants et coûteux : il s’agit notamment des dérivés de l’osmium, deuxième élément le plus rare dans la croûte terrestre et d’une toxicité supérieure à celle du mercure, mais aussi de l’ozone, utilisé à haute température et sous pression, avec des risques majeurs d’explosion, comme l’ont révélé plusieurs accidents industriels récents.
Basé sur les expertises des deux partenaires en catalyse homogène, hétérogène et en chimie verte, le Laboratoire Commun GreenCARE entre l’Université de Rennes 1 (UR1) et la PME Demeta a pour objectif de développer des nouvelles méthodologies d’oxydations catalytiques d’alcènes plus respectueuses pour l’environnement, en conceptualisant ce challenge dès la recherche amont académique. Demeta souhaite industrialiser les technologies issues de cette recherche commune, aussi une attention permanente sera accordée à la transférabilité industrielle des procédés mis au point. En particulier, sont visés la recherche et le développement de nouveaux catalyseurs d’oxydation à base de métaux de transition peu onéreux, peu toxiques et plus répandus, pour aboutir à de nouveaux procédés industriels plus verts.
Un focus sera fait sur la catalyse dite « polymétallique » afin de lever les verrous technologiques et de répondre à cette attente. Les synergies résultant de l’association de métaux complémentaires au sein du même catalyseur permettent d’optimiser la productivité réactionnelle et peuvent conduire à des sélectivités tout à fait différentes de celles observées en catalyse monométallique. Ce concept de catalyse polymétallique connaît une forte croissance et devient un domaine de compétition internationale. La catalyse polymétallique est donc un outil émergent à fort potentiel pour proposer de nouvelles alternatives catalytiques durables à des procédés critiqués.
La stratégie de recherche du LabCom GreenCARE passera par les axes suivants de travail commun :
1) Conception de nouveaux catalyseurs à base de métaux abondants et peu toxiques grâce à la mise en commun des compétences techniques de l’UR1 et de Demeta. L’accès aux équipements et plateformes de recherche de l’UR1 permettra la synthèse de catalyseurs-candidats testés en réactions modèles de dihydroxylation d’alcènes puis coupure oxydante de diol.
2) Intégration des espèces actives identifiées précédemment au sein d’un même catalyseur polymétallique bifonctionnel de coupure oxydante d’alcènes, en remplacement de l’ozonolyse. Afin de garantir leur utilisation industrielle, les structures catalytiques seront produites en conditions préindustrielles, grâce aux équipements mis à disposition par la PME Demeta (four hautes températures, suivi analytique en MP-AES).
3) Application des nouvelles technologies d’oxydations à la valorisation d’une molécule bio-sourcée, la lévoglucosénone (LGO) pour la synthèse de dérivés de chimie fine inédits à haute valeur ajoutée (arômes, parfums, cosmétiques) qui pourront être produits et commercialisés par Demeta.
Les recherches menées au sein du LabCom GreenCARE permettront ainsi de remplacer définitivement les procédés d’oxydation actuels critiqués (ozonolyse, osmium) par des technologies catalytiques innovantes alliant éco-compatibilité et productivité industrielle.