Conception, modélisation et caractérisation de solvants agro-sourcés

Conception, modelisation and evaluation of biobased solvents

• Auteur / Autrice : Laurianne Moity
• Direction : Jean-Marie Aubry, Valérie Molinier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 14/10/2013
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et formulation (CMF)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés amphiphiles

Solubilité

Pesticides

Dérivés

Glycérine

Biomasse végétale

Modèles mathématiques

Synthèse (chimie)

Solvants organiques

Mots clés libres

Agro-solvants

Isosorbide -- Dérivés

Hydrotropes

Résumé

Le bouleversement du monde des solvants classiques, résultant de la récente prise de conscience des risques environnementaux et sanitaires liés à leur utilisation, a conduit au développement de nouveaux solvants présentant un meilleur profil HSE et dérivés de la biomasse végétale : les agro-solvants. Ces solvants alternatifs ont été recensés, modélisés et comparés aux solvants organiques classiques dans un panorama purement théorique établi grâce à l'approche COSMO-RS. Cet outil permet non seulement d'aider à la substitution de solvants indésirables mais aussi de souligner les besoins de nouvelles structures. Une démarche in silico de conception raisonnée d'agro-solvants, via le développement d'un logiciel de synthèse automatique, GRASS, a ainsi été mise en place et permet de générer virtuellement des produits de commodités à partir d'agro-synthons abondants (glycérol, acide itaconique, isosorbide, etc.) et de transformations chimiques pertinentes industriellement. Les structures générées sont ensuite triées via des modèles de prédiction de propriétés physico-chimiques afin de sélectionner les mieux adaptés pour une application donnée. Des agro-solvants dérivés du glycérol et de l'isosorbide (éthers, esters, acétals) ont été sélectionnés, synthétisés puis évalués expérimentalement en considérant leurs propriétés physico-chimiques (Tfus, Téb, d, η, stabilités à l'hydrolyse et à l'oxydation), leurs capacités de solubilisation de deux pesticides cibles et leurs propriétés hydrotropes. Ces mesures expérimentales ont ensuite été confrontées à différents modèles de prédiction.

Many of the traditional organic solvents (halogenated compounds, aromatics, glycols ethers) are banned or about to be, as a result of the recent awareness of the environmental and health risks associated with their use. There is therefore an urgent need to find alternatives with good ESH (Environment, Safety and Health) profiles, preferably coming from renewable feedstock: the so-called biosolvents. In this work, these alternative solvents have been listed, modeled, and compared to classical organic ones to give a purely predictive landscape obtained thanks to the COSMO-RS approach. This tool can be used to help in finding substitution solutions and also highlights the needs for new biosolvents. A Computer-Assisted Organic Synthesis program, named GRASS, has been developed to help in the rational design of biosolvents from a bio-based building block (glycerol, itaconic acid, isosorbide, etc.) through industrially-relevant chemical transformations. Then, all the virtual derivatives generated have been sorted out thanks to property prediction models in order to select the most relevant ones. Biosolvents coming from glycerol and isosorbide (ethers, esters, acetals) have been selected, synthesized and experimentally evaluated as solvents considering their physico-chemical properties (m.p., b.p., d, η, stabilities to hydrolysis and to oxidation), their capacities to solubilise two agrochemicals, and their hydrotropic properties. These experimental data have then been compared to various prediction models.