Synthèse catalytique des hydroxyacides en C3 par oxydation chimio-enzymatique du glycérol et du carbonate de glycérol sous atmosphère enrichie en oxygène ou sous air ambiant en milieu aqueux

par Mathilde Amouroux

Thèse de doctorat en Sciences des Agroressources

Sous la direction de Zéphirin Mouloungui.

Soutenue le 01-06-2017

à Toulouse, INPT , dans le cadre de École Doctorale Sciences de la Matière (Toulouse) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (Toulouse) (laboratoire) .


  • Résumé

    Les besoins actuels en produits de fertilisation et notamment pour le traitement des carences chez le végétal sont en constante augmentation. Cependant, de plus en plus soucieuse de l’environnement, les industries productrices de ces compléments alimentaires souhaitent proposées des solutions de traitements plus durables tant au niveau de leur production que de leur devenir une fois épandue dans la parcelle. Par ailleurs, il a été établi que les cellules végétales peuvent être considérées comme de vraies usines à molécules. Les hydroxyacides en C3 fabriqués par la machinerie cellulaire présentent par exemple de nombreuses propriétés de chélation et de transport. La présence de fonction hydroxyles et carboxyliques leur confèrent en effet la capacité de pouvoir enserrer des métaux et de permettre leur déplacement entre tous les compartiments des cellules, mais aussi entre les différents organes de la plante. Par ailleurs, la présence de ces mêmes molécules au sein des réactions biologiques (respiration, photosynthèse) font d’elles des métabolites assimilables et donc potentiellement dégradables. Les travaux de cette thèse ont donc eu pour objectif de mettre en place une catalyse chimio-enzymatique afin de produire les molécules les plus semblables aux hydroxyacides en C3 végétaux. Dans cette démarche de biomimétisme, nous avons mis au point un protocole de fabrication d’hydroxyacides à partir de glycérol et de carbonate de glycérol dans des conditions similaires au milieu vivant : dans l’eau, à des températures faibles et à pression atmosphérique. Nous avons ainsi réussi à synthétiser des hydroxyacides tel que l’acide glycérique, le 2-oxo1,3-dioxolan-4-carboxylique et l’hémiacétal du carbonate de glycérol. Les travaux de thèse ont également permis de mettre au point une méthode analytique complète pour la visualisation et la quantification de la majorité des hydroxyacides en C3 élaborés selon ce protocole opératoire. Cette méthode regroupe des techniques de caractérisations globales telles que l’Infra-rouge, l’HPLC, l’HPIC, et des analyses plus fines comme la LCMS de haute résolution et la RMN 1D et 2D. Nous avons par ailleurs optimisé la synthèse des hydroxyacides en C3 à partir du glycérol et du carbonate de glycérol grâce à la mise en place d’un plan d’expérience. Les molécules fabriquées présenteraient des propriétés de complexants susceptibles d’être utilisés en agronomie dans le but de remplacer les chélatants actuels issues de réactions plus polluantes de la pétrochimie et générant des substances nocives pour la santé des sols agricoles une fois appliqués.

  • Titre traduit

    Catalytic synthesis of C3 hydroxyacids by chemo-enzymatic oxidation of glycerol and glycerol carbonate under oxygen or ambient air in aqueous medium


  • Résumé

    The current need for fertilization products, and particulary for the treatment of plant deficiencies, is constantly increasing. However, more and more environmentally concerned, industries producing these food complements aim at finding more sustainable treatment solutions both in preparing these substances and in controlling their degradation once on crops. Moreover, it is established that plant cells can be considered as true molecular factories. For example, the C3 hydroxy acids produced by the cellular machinery have many chelating and transport properties. The presence of hydroxyl and carboxylic functions give them the ability to enclose the metals and to allow their displacement through all the compartments of the cells and also through the different organs of the plant. Moreover, as they are involved in biological reactions (respiration, photosynthesis), these molecules can potentially be used in cellular metabolism or degraded. The work presented herein has been designed with the aim of producing the most similar hydroxy C 3 –acids’s plant molecules by establishing a chemo-enzymatic catalysis. Inspired by biological and chemical natural processes, we have developed a protocol for manufacturing hydroxy acids from glycerol and glycerol carbonate under natural conditions ie in water, at low temperature and at atmospheric pressure. We have also produced hydroxy acids such as glyceric acid, 2-oxo1,3-dioxolan-4-carboxylic acid and glycerol carbonate hemiacetal. The thesis also allowed us to develop a complete analytical method for the observation and the quantification of the majority of C3 hydroxy acids, produced according to our operating protocol. This method combines global characterization techniques such as HPLC, HPIC and more complex analyses such as HR-LCMS and 1D and 2D NMR. We have also optimized the synthesis of C3 hydroxyacids from glycerol and glycerol carbonate through the implementation of an experimental design. Our bioinspired molecules are potential complexing agents that could be used in agronomy, in order to replace the current chelating molecules obtained from petrochemistry, known for having harmful impact on agricultural soils.


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