Étude de la variabilité et modification chimique du Mesquitol, extractible polyphénolique de Prosopis juliflora : application à la préservation du bois

Variability study and chemical modification of Mesquitol, a polyphenolic extractive of Prosopis juliflora : Application to wood preservation

• Auteur / Autrice : Sarah Cherono Chepkwony
• Direction : Christine Gérardin, Ambrose Kipchumba Kiprop
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du bois et des fibres
• Date : Soutenance le 04/12/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Moi University
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LERMAB - Laboratoire d'Études et de Recherche sur le MAtériau Bois (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Gérardin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Gérardin, Ambrose Kipchumba Kiprop, Jean-Hugues Renault, Phila Jaonina Raharivelomanana, Céline Tarnus, Kirimi Henry Kiriamiti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Hugues Renault, Phila Jaonina Raharivelomanana

Mots clés

Mots clés contrôlés

Produits de préservation du bois

Flavonoïdes

Polyphénols végétaux

Prosopis juliflora

Mots clés libres

Mesquitol

Prosopis

Polyphénolique

Extractible

Mesquitol

Prosopis

Polyphenolic

Extractive

Résumé

Prosopis juliflora a été classé parmi les pires espèces envahissantes au monde et par conséquent, cette espèce se répand rapidement dans des zones destinées à l'agriculture ou le pâturage. Cette étude visait donc à trouver des solutions face cette menace à travers la valorisation du composé le plus abondant de P. juliflora : le mesquitol. En effet, des travaux antérieurs effectués au laboratoire (LERMaB, France) ont permis de mettre en évidence que le bois de Prosopis juliflora contient des quantités importantes de mesquitol (2-(3,4-dihydroxyphenyl)chromane-3,7,8-triol), un flavonoïde relativement rare présentant des propriétés antioxydantes. En l'absence de données précises sur les proportions de mesquitol dans P. juliflora ou sur la variabilité en fonction de l'emplacement géographique de l'arbre ou l'âge de l'arbre, la première partie de l'étude a été consacrée à l’établissement de ces données. Pour cela des échantillons de P. juliflora de trois différentes régions géographiques du Kenya (Baringo, Garissa et Turkana) ont été collectés. Les extraits ont été caractérisés par GC-MS et la LC-ESI-MS/MS. La quantification de certains des composés identifiés a été effectuée en mode d'ionisation négative en LC-ESI-MS/MS. L’étude des spectres de masse a permis de mettre en lumière la richesse de P. juliflora en composés phénoliques. Parmi ces composés, un dimère de mesquitol a été identifié pour la première fois. Les résultats ont également montré que le mesquitol est bien le composé le plus abondant dans P. juliflora avec des quantités élevées de 11 % dans le bois de cœur des grands arbres de Baringo. La seconde partie de l’étude porte sur l'utilisation du mesquitol comme matière première pour la synthèse, par modifications chimiques, de différents dérivés dans le but d’améliorer la lipophilie de ce composé, ce qui pourrait contribuer à réduire sa lixiviabilité. Les réactions du mesquitol avec divers acides carboxyliques ont permis d’obtenir des dérivés greffés avec des chaînes grasses en position aliphatique. Les propriétés antifongiques de certains de ces dérivés ont été testées pour évaluer leur potentiel pour des applications dans la protection du bois. D’après les résultats de cette étude, il est évident que les dérivés du mesquitol obtenus par réaction avec des acides carboxyliques peuvent être utilisés comme agents de préservation du bois lorsqu’ils sont utilisés avec de faibles quantités de tébuconazole.

Earlier work from the laboratory (LERMaB, France) helped to highlight that the heartwood of Prosopis juliflora contains significant amounts of mesquitol, a relatively rare flavonoid with antioxidant properties, otherwise identified as 2-(3,4-dihydroxyphenyl)chromane-3,7,8-triol. P. juliflora has been rated among the worst world invasive species and therefore this study aimed at finding solutions to this menace that is fast spreading into areas that are otherwise intended for useful purposes like farming or grazing. With no data existing on the exact amounts of mesquitol present in P. juliflora or its variability depending on the geographic location of the tree or the tree’s age, the study commenced by first availing this data. This was done by a substantive study on P. juliflora stem samples that had been collected from three different geographic regions in Kenya (Baringo County, Garissa County and Turkana County). Compounds identification and quantification were done one using the GC-MS and the LC-ESI-MS/MS. A systematic study on the mass spectra and the observed fragmentations illustrated a rich array of phenolic compounds present in P. juliflora. Among these compounds is a mesquitol dimer, which has been identified for the very first time here. The results also showed that mesquitol compound is the most abundant compound in P. juliflora with high amounts of 11 % being found in the heartwood of the big trees from Baringo County. The second part of the study focused on the chemical modification of mesquitol targeting specific derivatives which could enhance the lipophilicity of mesquitol hence help in decreasing leachability. Various reactions of mesquitol with various carboxylic acids were performed allowing grafting of long fatty chains (lipophilic part) onto mesquitol through the aliphatic 3-OH position. Some of these derivatives were used to evaluate their ability to protect wood against fungal attack from both a white-rot and a brown-rot fungus. From the results of this study, it is evident that mesquitol derivatives obtained from reaction with carboxylic acids can be used as wood preservatives when used together with low amounts of tebuconazole.