Fragmentation enzymatique de la lignine pour l'obtention de synthons phénoliques

Enzymatic depolymerization of lignin for the production of fine aromatic chemicals

• Auteur / Autrice : Alex Rakotovelo
• Direction : Stéphane Grelier, Frédéric Peruch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 21/11/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Henri Cramail
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Grelier, Frédéric Peruch, Henri Cramail, Gérard Mortha, Craig Faulds, Mirjana Gelo-Pujic, Christelle Michaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Mortha, Craig Faulds

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthons

Laccase

Polymères -- Détérioration

Lignine

Mots clés libres

Lignine

Dépolymérisation

Laccase

LMS

Lignin

Depolymerization

Laccase

LMS

Résumé

Ces travaux de thèse visent à valoriser la lignine, biopolymère aromatique le plus abondant sur terre. Pour cela, la dépolymérisation oxydante de la lignine par voie enzymatique a été explorée afin d’obtenir des synthons aromatiques fonctionnalisés. La laccase et le système laccase médiateur (LMS) ont été sélectionnés comme système enzymatique. Dans une première partie, les paramètres réactionnels (choix du médiateurs, température, co-solvant…) de fonctionnement optimal du LMS ont été déterminés notamment via l’utilisation de molécules modèles de lignine. Ces conditions optimales ont été directement appliquées pour l’oxydation d’une lignine organosolv issue d’une plante herbacée. Une étape de fractionnement organique a été conduite sur la lignine avant oxydation afin d’éliminer les populations à l’origine de réactions de couplage. La lignine a ensuite été oxydée par le LMS en milieu biphasique, puis traitée au peroxyde d’hydrogène. Ce procédé en trois étapes a permis de générer des composés aromatiques monomères à trimères (mis en évidence par chromatographies SEC, HPLC, GC et LC-MS) et a été appliqué avec succès à une seconde lignine issue de conifère. Dans les deux cas, des rendements élevés ont été constatés comparés à ceux obtenus dans la littérature. Après isolation, les composés aromatiques produits pourraient trouver des applications comme précurseurs dans les industries de la chimie fine et des polymères.

This work aims at valorizing lignin, the most abundant aromatic biopolymer on earth. For that purpose, an enzymatic approach for the oxidative depolymerization of lignin was investigated in order to obtain fine chemicals. Laccase and the laccase-mediator system (LMS) were selected for the enzymatic oxidation. In the first part, optimal conditions (type of mediator, temperature, co-solvent…) were determined especially by studying reactions on lignin model molecules. These conditions were applied for the oxidation of an organosolv grass lignin. Prior to the oxidation, an organic fractionation was conducted on the lignin in order to remove the population responsible for radical coupling. Then, the lignin was oxidized by the LMS in a biphasic medium followed by a mild hydrogen peroxide treatment. This three-step process allowed the production of monomeric to trimeric aromatic compounds (as shown by SEC, HPLC, GC and LC-MS) and was successfully applied to a different organosolv lignin coming from hardwood. High yield were obtained in both cases as compared with literature results. After isolation, the obtained aromatic molecules could be of interest as precursors for the fine chemistry and polymer industries.