Catalyseurs basiques pour l'isomérisation efficace du glucose – BISOGLU2

La transition des ressources fossiles aux matières premières renouvelables s'accompagne d'une refonte des chaînes de valeur des produits existants. L'isomérisation du D-glucose en D-fructose a fait l'objet de recherches intensives ces dernières années. La déshydratation du D-fructose en 5-(hydroxyméthyl)furfural, une plateforme chimique prometteuse, ouvre des voies pour la fabrication de carburants et de produits chimiques renouvelables. Aujourd'hui, le D-fructose est produit par voie biotechnologique, bien qu'une voie chimiocatalytique présente potentiellement des avantages économiques importants. Ce projet collaboratif se concentre sur la compréhension fondamentale de l'isomérisation catalytique du glucose en fructose en présence de bases, en vue d'une conception rationnelle d'un catalyseur efficace et peu coûteux.

Nous visons à développer un catalyseur basique hautement actif, sélectif et stable pour l'isomérisation du D-glucose en D-fructose. Nos résultats préliminaires suggèrent une performance exceptionnelle des phosphates solubles en tant que catalyseurs pour cette réaction. Dans ce projet, l'accent sera mis sur la compréhension moléculaire de la catalyse par les phosphates solubles ainsi que sur la conception de catalyseurs phosphates hétérogènes pour faciliter la séparation des catalyseurs du milieu réactionnel. Les mécanismes, les réseaux de réaction et la cinétique en présence de catalyseurs à base de phosphate seront étudiés. Sur la base des données obtenues, un processus d'isomérisation en continu pour une production catalytique efficace de D-fructose sera développé.

Les performances catalytiques des catalyseurs phosphates solubles et de leurs analogues solides seront étudiées de manière comparative. De nouveaux catalyseurs hétérogènes à base de phosphate seront préparés, caractérisés et testés pour l'isomérisation. Les études expérimentales comprendront des investigations cinétiques, des études du mécanisme de réaction en utilisant des substrats marqués, des expériences RMN operando et ATR-IR, l'isomérisation dans des conditions discontinues et continues, ainsi que la compréhension des corrélations structure-performance et des mécanismes de désactivation du catalyseur. Les travaux expérimentaux seront combinés avec des calculs ab initio pour mieux comprendre le mécanisme de réaction.

Des résultats très innovants sont attendus grâce à une combinaison unique d'expertise autrichienne (exploration expérimentale de la réaction) et française (préparation des matériaux et études computationnelles). La majorité des approches expérimentales proposées seront mises en œuvre pour la première fois et sont donc très originales.