FR3020638A1 - Procede de transformation de levoglucosenone en 4-hydroxymethylbutyrolactone ou 4-hydroxymethylbutenolide - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de transformation de la lévoglucosénone en 4-hydroxyméthylbutyrolactone ou en 4-hydroxyméthylbuténolide , comprenant une étape d'oxydation de la lévoglucosénone, ou de dihydrolévoglucosénone obtenue par hydrogénation de lévoglucosénone, par mise en contact d'une solution de lévoglucosénone ou de dihydrolévoglucosénone dans un solvant, avec une lipase en présence d'un agent oxydant et d'un composé donneur d'acyle. Cette étape d'oxydation est suivie d'une étape d'hydrolyse acide du mélange réactionnel obtenu, ainsi que, le cas échéant, d'une étape d'hydrogénation du composé obtenu à l'issue de cette étape d'hydrolyse acide.

Description

La présente invention concerne un procédé de transformation de la lévoglucosénone en 4-hydroxyméthylbutyrolactone ou en 4- hydroxyméthylbuténolide. Afin de résoudre le problème de dépendance vis-à-vis des énergies fossiles, il a été développé dans les dernières décennies des procédés de production de composés chimiques d'intérêt à partir de biomasse. En particulier, la biomasse lignocellulosique est devenue l'une des sources vertes de composés carbonés. La lévoglucosénone, de formule (la) : (R) est l'un des produits les plus intéressants pouvant ainsi être obtenus à partir de biomasse, notamment par une technologie de flash pyrolyse de cellulose. La lévoglucosénone est couramment employée en tant que produit de départ pour la synthèse de divers composés chimiques d'intérêt, en particulier 15 de 4-hydroxyméthylbuténolide, de formule (11a), et de 4- hydroxyméthylbutyrolactone, de formule (11b) : 0 HO 0 HO (lia) (11b) Nro Nro Ces composés présentent un intérêt particulier car ils constituent des intermédiaires chimiques asymétriques (chiraux) à forte valeur ajoutée qui sont 20 fréquemment mis en oeuvre dans l'industrie agroalimentaire, pour la production de fragrances et d'arômes, ou encore dans l'industrie pharmaceutique, pour la production de principes actifs de médicaments, tirant profit de leur noyau lactonique et de leur centre chiral. La transformation de lévoglucosénone en 4-hydroxyméthylbuténolide s'effectue de manière classique en deux étapes successives, la première de ces étapes consistant en une réaction d'oxydation du type Baeyer-Villiger, pour former un intermédiaire formiate, suivie par une étape d'hydrolyse acide pour former le 4-hydroxyméthylbuténolide. Pour obtenir la 4- hydroxyméthylbutyrolactone, la lévoglucosénone est au préalable soumise à une étape d'hydrogénation catalytique, de sorte à former de la dihydrolévoglucosénone qui est ensuite soumise aux étapes de transformation décrites ci-avant en référence à la lévoglucosénone. Il a été proposé par l'art antérieur plusieurs procédés pour réaliser la réaction d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone. A titre d'exemples, on peut citer le document US 4,994,585, qui décrit l'oxydation de lévoglucosénone par un peracide, tel que l'acide mchloroperbenzoïque ou l'acide peracétique, dans un solvant organique ; ou le document US 5,112,994, qui décrit un procédé de synthèse de 4- hydroxyméthylbutyrolactone à partir de dihydrolévoglucosénone, selon lequel la réaction d'oxydation est également réalisée par un peracide dans un solvant organique. Afin d'obtenir un rendement élevé, ces réactions doivent toutefois être conduites pendant une longue durée, de un à deux jours. Il a autrement été proposé dans la publication de Paris et al., dans Green Chemistry, 2013, 15, 2101-2109, de réaliser la réaction d'oxydation de la lévoglucosénone par des catalyseurs métalliques tels que les zéolites d'aluminium ou d'étain, en présence d'un agent oxydant. De tels procédés peuvent cependant également être longs à mettre en oeuvre, pour certains des catalyseurs proposés, pour obtenir un taux de conversion de la lévoglucosénone qui s'avère satisfaisant. Les zéolites d'aluminium permettent d'obtenir des taux de conversion élevés en quatre heures. Cependant, ce temps ne prend pas en compte le temps nécessaire à la préparation du catalyseur. Ce dernier s'avère en outre potentiellement toxique. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des procédés proposés par l'art antérieur pour la transformation de lévoglucosénone en 4- hydroxyméthylbutyrolactone ou en 4-hydroxyméthylbuténolide, notamment à ceux exposés ci-avant, en proposant un tel procédé qui permette d'obtenir des taux élevés de conversion de la lévoglucosénone, en un temps réduit, ne dépassant pas quelques heures, et en mettant en oeuvre des réactifs dénués de toxicité et plus respectueux de l'environnement que ceux mis en oeuvre dans les procédés de l'art antérieur. Un objectif supplémentaire de l'invention est que ce procédé soit économique à mettre en oeuvre. Ainsi, il est proposé selon la présente invention un procédé de transformation de la lévoglucosénone (dite LGO) en un composé de formule générale (11) : HO (Il) dans laquelle R représente -CH=CH- ou -CH2-CH2-. Plus particulièrement, lorsque R représente -CH=CH-, le composé de formule (11) est le 4-hydroxyméthylbuténolide (dit HBO), de formule (lia) : o _Nro Lorsque R représente -CH2-CH2-, le composé de formule (11) est la 4- hydroxyméthylbutyrolactone (dite HLO), de formule (11b) : o o HO (11b) Selon l'invention, ce procédé comprend les étapes successives 20 suivantes. a) Le cas échéant, pour obtenir un composé de formule générale (11) dans laquelle R représente -CH2-CH2-, il est tout d'abord réalisé une étape d'hydrogénation de la lévoglucosénone (la), de sorte à former de la HO (lia) dihydrolévoglucosénone de formule (lb) : o (lb) Cette étape peut être réalisée par toute méthode classique en elle-même, en particulier par hydrogénation catalytique en présence de palladium sur charbon. b) Oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone obtenue à l'étape a), selon la réaction de Baeyer-Villiger, selon l'un des schémas réactionnels suivants, en fonction du produit de départ : o (L. ou Le milieu réactionnel obtenu à l'issue de cette étape b) comporte un mélange du composé cible (lia) ou (11b) avec le formiate correspondant (Illa) ou (111b). c) Hydrolyse acide du mélange réactionnel obtenu à l'étape b), afin de transformer le formiate (Illa) ou (111b) contenu dans ce mélange en le composé cible (lia) ou (11b) correspondant. Cette étape peut être réalisée par toute méthode classique en elle- o + même, par exemple mettant en oeuvre de l'acide chlorhydrique, notamment en solution dans le méthanol, de l'acide acétique, de l'acide sulfurique, une résine de type Amberlyst® ou encore tout zéolite acide. d) Le cas échéant, pour obtenir un composé de formule générale (11) 5 dans laquelle R représente -CH2-CH2-, c'est-à-dire pour obtenir la 4- hydroxyméthylbutyrolactone de formule (11b), si une étape a) n'a pas été réalisée, hydrogénation du composé (lia) obtenu à l'étape c). Cette réaction d'hydrogénation peut être effectuée par toute méthode connue de l'homme du métier, notamment par hydrogénation catalytique, par 10 exemple selon les méthodes indiquées ci-avant. Selon la présente invention, l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone, ou de la dihydrolévoglucosénone, est réalisée par mise en contact d'une solution de lévoglucosénone ou de dihydrolévoglucosénone dans un solvant, avec une lipase en présence d'un agent oxydant et d'un composé 15 donneur d'acyle. La réaction d'oxydation est ainsi avantageusement catalysée par voie enzymatique. Les avantages en découlant sont multiples, tant du point de vue économique que du point de vue écologique. La lipase ne présente notamment pas ou très peu de toxicité, en particulier en comparaison avec les catalyseurs 20 métalliques et les peracides mis en oeuvre par l'art antérieur. En outre, il a été découvert par les présents inventeurs que, de manière tout à fait surprenante, la mise en oeuvre d'une lipase pour catalyser l'étape d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone permet d'obtenir des taux élevés de conversion de ces substrats en un temps 25 réduit. Des taux de conversion de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone supérieurs à 70 % peuvent ainsi être atteints en un temps inférieur ou égal à 4 heures, et même, selon certaines conditions, aussi court qu'environ deux heures, des taux de conversions d'environ 90 % étant alors atteints en 3 heures environ. Du point de vue de la cinétique 30 réactionnelle, le procédé selon la présente invention s'avère ainsi plus avantageux que les procédés proposés par l'art antérieur, tout en présentant l'avantage d'un gain environnemental important. Il a de plus été constaté par les présents inventeurs, là encore de manière tout à fait inattendue, qu'à l'issue de cette étape b) d'oxydation, la lipase présente une activité résiduelle importante, lui permettant d'être réutilisée pour la catalyse d'au moins une, et même plusieurs, réactions d'oxydation ultérieures conformes à la présente invention. Ainsi, afin de tirer profit de cette activité résiduelle importante de la lipase à l'issue de l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, la présente invention prévoit avantageusement, dans des modes de mise en oeuvre préférés, que le procédé comporte une étape d'isolation de la lipase du milieu réactionnel après cette étape b) d'oxydation, préalablement à la mise en oeuvre de l'étape c) d'hydrolyse acide. Un avantage supplémentaire du procédé selon l'invention, lorsque l'étape b) d'oxydation est mise en oeuvre à partir de dihydrolévoglucosénone, de formule (lb) ci-avant, est la remarquable et étonnante régiosélectivité de la réaction, qui conduit, avec des rendements importants et comparables à ceux obtenus à partir de la lévoglucosénone, à la formation de 4- hydroxyméthylbutyrolactone de formule (11b) et du formiate (111b) correspondant.

Selon des modes de mise en oeuvre particuliers, l'invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en oeuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes. Ces caractéristiques visent notamment à atteindre les objectifs que s'est fixés la présente invention de réduire le coût associé à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ainsi qu'à en limiter l'impact environnemental. En particulier, le choix des différentes caractéristiques préférentielles de l'invention, notamment des valeurs des différents paramètres opérationnels de l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, qui sont indiquées ci-après, est réalisé selon l'invention de sorte à obtenir les taux de conversion de lévoglucosénone ou de dihydrolévoglucosénone les plus élevés possible, avec un temps de réaction réduit, et tout en conservant à l'enzyme une forte activité résiduelle à l'issue de la réaction, de sorte à être en mesure de la réutiliser pour des réactions ultérieures, et à limiter de ce fait le coût de mise en oeuvre du procédé.

La lipase peut être de tout type. Préférentiellement, il est mis en oeuvre la lipase B de Candida antarctica, connue sous l'abréviation CaL-B. D'autres lipases, telles que Candida rugosa ou Rhizomucor miehei par exemple, peuvent également être utilisées. La lipase peut être utilisée sous forme libre dans le milieu réactionnel.

Préférentiellement, elle est utilisée sous forme immobilisée sur un support solide, si bien qu'elle peut facilement être isolée du milieu réactionnel à l'issue de l'étape b) d'oxydation. Par exemple, il peut être utilisé une lipase CaL-B immobilisée sur un support de polyméthylméthacrylate, telle que la lipase commercialisée par la société Novozymes sous la dénomination Novozym® 435. Dans des modes de mise en oeuvre particulièrement avantageux de l'invention, la durée de l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone est comprise entre deux et quatre heures, et de préférence entre environ deux et trois heures. Comme il a été dit précédemment, une durée de réaction aussi courte permet d'obtenir des taux de conversion élevés de la lévoglucosénone et de la dihydrolévoglucosénone. Le solvant mis en oeuvre dans l'étape b) d'oxydation, pour la mise en solution de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, peut être de tout type compatible avec l'action de la lipase. Il peut par exemple s'agir d'un solvant organique, d'un mélange solvant organique / eau, d'un liquide ionique, d'un solvant eutectique, ou d'un mélange de tels solvants, voire même de CO2 supercritique. Ce solvant peut par exemple être choisi parmi le toluène, le dichlorométhane, l'hexane, etc., ou un de leurs mélanges.

Le composé donneur d'acyle peut être de tout type classique en lui- même. Il peut notamment être constitué par un acide à chaîne longue, tel qu'un acide gras saturé à chaine linéaire en C2 à C30, par exemple l'acide caprylique ou l'acide caprique. Dans des modes de mise en oeuvres préférés de l'invention, dans l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, le composé donneur d'acyle et le solvant sont constitués par un même produit. Préférentiellement, le solvant utilisé pour la mise en solution du substrat lévoglucosénone ou dihydrolévoglucosénone est ainsi un solvant organique, de préférence l'acétate d'éthyle, qui assure en même temps la fonction de donneur d'acyle. D'autres solvants, tels que l'acétate de butyle ou le propionate d'éthyle, peuvent autrement être utilisés, seuls ou en mélange entre eux ou avec l'acétate d'éthyle. L'acétate d'éthyle offre notamment l'avantage d'être biosourcé, et de ne pas présenter de toxicité pour les organismes vivants et pour l'environnement. L'agent oxydant mis en oeuvre dans l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone est préférentiellement choisi parmi le peroxyde d'hydrogène et le peroxyde de carbamide, autrement connu sous le nom peroxyde d'hydrogène - urée, en solution dans l'eau. De tels agents oxydants présentent notamment une bonne stabilité, si bien que les risques associés à leur mise en oeuvre industrielle sont réduits. Dans l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, la concentration en cet agent oxydant est au moins égale à 1 équivalent molaire par rapport à la lévoglucosénone ou la dihydrolévoglucosénone. Cette concentration est de préférence comprise entre 1 et 2 équivalents molaires par rapport à la lévoglucosénone ou la dihydrolévoglucosénone. Une telle plage de concentration permet avantageusement d'obtenir un rendement de réaction élevé, sans provoquer de dénaturation de la lipase, qui reste de ce fait réutilisable pour des réactions ultérieures. Préférentiellement, la concentration d'agent oxydant est environ égale à 1,2 équivalent molaire par rapport à la lévoglucosénone ou la dihydrolévoglucosénone. La température de l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone est de préférence comprise entre 30 et 60 °C, afin d'assurer un fonctionnement optimal de la lipase. Préférentiellement, cette température est d'environ 40 °C. Une telle température permet notamment d'obtenir une cinétique rapide de la réaction d'oxydation, tout en limitant la dépense énergétique, et donc le coût, associés à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Pour l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, la concentration en lévoglucosénone ou en dihydrolévoglucosénone dans le solvant organique est en outre de préférence comprise entre 0,5 et 1 mol/L. Des concentrations comprises dans une telle plage de valeurs permettent avantageusement d'obtenir des rendements optimaux de la réaction d'oxydation.

Dans des modes de mise en oeuvre particulièrement avantageux de l'invention, l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone est réalisée en présence, dans le milieu réactionnel, d'au moins une substance tampon solide de pKa compris entre 7,2 et 9,6, ou d'un mélange de telles substances tampon solides. On entend, par substance tampon solide, un mélange des deux formes acide et basique du tampon. D'une part, une telle substance tampon neutralise avantageusement les coproduits de la réaction d'oxydation que sont l'acide acétique et l'acide formique, prévenant de ce fait l'effet néfaste que ces acides pourraient avoir sur la lipase. Elle maintient dans le milieu réactionnel un pH optimal pour le fonctionnement de cette dernière. D'autre part, la forme solide de la substance tampon présente plusieurs avantages. Elle permet une séparation facile de la substance tampon et du milieu réactionnel. En outre, et de manière tout à fait inattendue, la mise en oeuvre d'une substance tampon solide lors de l'étape d'oxydation a pour effet d'augmenter de manière significative la vitesse de la réaction d'oxydation, par rapport aux conditions d'absence de tampon et même aux substances tampons liquides. Ainsi, les substances tampon solides permettent d'atteindre, en deux heures de réaction, des taux de conversion proches de 90 %. Tout type de substance tampon solide, de pKa adéquat, peut être mis en oeuvre dans le cadre de l'invention. Préférentiellement, la substance tampon solide est choisie pour son comportement dans le milieu réactionnel, pour assurer notamment qu'elle ne forme pas un gel dans ce milieu, de sorte à ce que d'une part, elle ne gêne pas l'action catalytique de la lipase, et, d'autre part, elle soit facilement séparable du milieu réactionnel à l'issue de la réaction d'oxydation. A titre d'exemples, on peut utiliser une substance tampon TAPS (acide N-[tris(hydroxyméthyl)méthyle]-3-aminopropane sulfonique), ou une substance tampon CAPSO (acide cyclohexylamino-3-hydroxy-2- propanesulfonique-1), de tels exemples n'étant en aucun cas limitatifs de l'invention.

La concentration de la substance tampon solide dans le milieu réactionnel est de préférence comprise entre 20 et 100 mg/mL, soit entre 10 et 50 mg/mL de chacune des formes acide et basique du tampon. Dans des modes de mise en oeuvre particuliers de l'invention, pour l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, la quantité de lipase utilisée est comprise entre 56 et 1 134 unités de lipase par millimole de lévoglucosénone ou de dihydrolévoglucosénone. De manière surprenante, une aussi faible quantité d'enzyme permet d'obtenir des taux élevés de conversion de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone dans des temps de réaction réduits.

Plus particulièrement, lorsque le milieu réactionnel est dépourvu de substance tampon solide, la quantité de lipase utilisée est de préférence comprise entre 227 et 1 134 unités de lipase par millimole de lévoglucosénone ou de dihydrolévoglucosénone. Lorsque le milieu réactionnel contient une substance tampon solide, la quantité de lipase utilisée est de préférence comprise entre 56 et 227 unités de lipase par millimole de lévoglucosénone ou de dihydrolévoglucosénone. De telles plages de concentration permettent avantageusement d'obtenir, à une température de 40 °C, des taux de conversion de la lévoglucosénone ou de dihydrolévoglucosénone qui sont supérieurs à 70 %, en environ deux heures ou environ quatre heures respectivement en présence ou en l'absence de substance tampon solide.

Les étapes b) d'oxydation et c) d'hydrolyse acide du procédé selon l'invention peuvent être réalisées dans un réacteur unique, sans isolement des produits intermédiaires. Ces étapes successives peuvent autrement être séparées par une étape intermédiaire de séparation de la lipase, et le cas échéant de la substance tampon solide, du milieu réactionnel, optionnellement suivie d'une étape de concentration de ce milieu réactionnel préalablement à la mise en oeuvre de l'étape c) d'hydrolyse acide du mélange comprenant le composé de formule (11) et le formiate correspondant, pour obtenir le 4- hydroxyméthylbuténolide de formule (lia) ou la 4-hydroxyméthylbutyrolactone de formule (11b).

Les caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière des exemples de mise en oeuvre ci-après, fournis à simple titre illustratif et nullement limitatifs de l'invention, avec l'appui des figures la à 3, dans lesquelles : - les figures 1 a, 1 b et lc représentent des chromatogrammes HPLC obtenus pour des échantillons prélevés du milieu réactionnel lors de la mise en oeuvre d'une étape conforme à l'invention d'oxydation de lévoglucosénone (LGO) en 4-hydroxyméthylbuténolide (HBO) et en le formiate correspondant (FHBO), les échantillons étant prélevés du milieu réactionnel après respectivement 0 h, 1 h et 2 h de réaction ; - la figure 2 montre un graphe illustrant l'évolution au cours du temps du taux de conversion de la lévoglucosénone (LGO), lors de la mise en oeuvre d'une étape d'oxydation conforme à l'invention, dans les différentes conditions suivantes : absence de substance tampon solide à 40 °C, absence de substance tampon solide à 60 °C, tampon solide CAPSO à 40 °C, tampon solide MOPS à 40 °C, tampon solide TAPS à 40 °C ; - et la figure 3 montre un graphe illustrant le taux de conversion de la lévoglucosénone (LGO), lors de la mise en oeuvre de cycles successifs de réactions d'oxydation conformes à l'invention au moyen de la même lipase, pour des quantités de lipase dans le milieu réactionnel initial de 10 % ou 20 % p/p (113 ou 227 unités/mmol) par rapport à la LGO. EXEMPLE 1 - Synthèse de 4-hydroxyméthylbuténolide Du 4-hydroxyméthylbuténolide, de formule (11a), est préparé à partir de lévoglucosénone (LGO) selon le mode de mise en oeuvre particulier du procédé selon la présente invention ci-après, dit en « one-pot ». Oxydation Dans un réacteur, une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène H202 à 30 % (2,57 mmol, 0,26 mL, 1,2 éq. par rapport à la LGO) est ajoutée en une unique portion à une suspension de LGO (270 mg, 2,14 mmol) et de lipase CaL-B (Novozym® 435, 75 mg, 315 U/mmol LGO) dans l'acétate d'éthyle (3 mL) sous agitation à température ambiante, dans un incubateur à agitation planaire. Pour cet exemple comme pour tous les exemples décrits ci-après, 1 g de Novozym® 435 correspond à 9000 unités de lipase CaL-B (activité mesurée après séjour de l'enzyme dans l'acétate d'éthyle). Le mélange réactionnel est agité à 40 °C pendant 4 h puis évaporé à sec. Hydrolyse acide De l'acide chlorhydrique concentré (5 mmol, 0,4 mL) est ajouté à une solution de ce mélange brut dans le méthanol (5 mL), à température ambiante. Le mélange réactionnel est chauffé sous agitation pendant 8 à 16 heures, de sorte à convertir le formiate (111a) en l'alcool (lia) correspondant. Le mélange réactionnel est évaporé à sec avec un gel de silice. Le produit brut est purifié par chromatographie sur gel de silice (élution avec 75 à 100% d'acétate d'éthyle dans du cyclohexane) pour obtenir du 4-hydroxyméthylbuténolide (lia) pur (175 mg, 72 %). 1H RMN (CDCI3) : Ô 7,53 (dd, J = 1,5 et 5,7 Hz, 1 H), 6,2 (dd, J = 1,5 et 5,7 Hz, 1 H), 5,17 (m, 1 H), 4,0 (d, J = 3,6 et 12,0 Hz, 1 H), 3,80 (dd, J = 3,6 et 12,0 Hz, 1 H) 13C RMN (CDCI3) : Ô 173,5 (s), 154,0 (d), 122,8 (d), 84,3 (d), 62,2 (t) En variante, à l'issue de l'étape de traitement de la LGO avec la lipase, cette dernière est séparée du milieu réactionnel préalablement à l'étape d'évaporation à sec du milieu. L'hydrolyse acide est ensuite réalisée comme décrit ci-avant. On obtient également du 4-hydroxyméthylbuténolide pur, avec un même rendement de 72 %.

Dans d'autres variantes du procédé selon l'invention, l'étape d'hydrolyse acide est réalisée directement sur le milieu réactionnel obtenu à l'issue de l'étape d'oxydation, sans qu'il soit réalisé au préalable d'étape d'évaporation à sec. Que la lipase ait été éliminée du milieu réactionnel par filtration ou non, dans de telles variantes de l'invention, le rendement de la réaction est similaire à celui obtenu pour le mode de mise en oeuvre décrit ci- avant de manière détaillée, c'est-à-dire d'environ 72 %. EXEMPLE 2 - Synthèse de 4-hydroxyméthylbutyrolactone De la 4-hydroxyméthylbutyrolactone, de formule (11b), est préparée à partir de lévoglucosénone (LGO) selon l'une ou l'autre des variantes du procédé conforme à la présente invention ci-après. 2.1/ Voie 1 Hydrogénation catalytique Du Pd/C (10 % p/p, 500 mg) est ajouté à une solution de (-)- lévoglucosénone LGO (5 g, 39,7 mmol) dans de l'acétate d'éthyle (50 mL) à température ambiante. La suspension sous agitation est dégazée 3 fois sous vide/azote. La suspension est ensuite hydrogénée par une atmosphère d'hydrogène à température ambiante jusqu'à consommation totale du produit de départ, soit environ 4 h. Le mélange brut est filtré sur un tampon de célite et le filtrat est concentré à sec avec un gel de silice. Le produit brut est purifié par chromatographie sur gel de silice (élution avec 10 à 60% d'acétate d'éthyle dans le cyclohexane), pour obtenir de la dihydrolévoglucosénone de formule (lb) (2H-LGO) pure (huile incolore, 4,4 g, 87 %). 'H RMN (CDCI3) : Ô 5,10 (s, 1 H), 4,70 (m, 1 H), 4,09 (dd, J = 0,8 et 7,5 Hz, 1 H), 3,98 (ddd, J = 1,4, 5,0 et 7,0 Hz, 1 H), 2,66 (m, 1 H), 2,45-2,22 (m, 2 H), 2,10-1,97 (m, 1H) 13C RMN (CDCI3) : Ô 200,2 (s), 101,5 (d), 73,1 (d), 67,5 (t), 31,1 (t), 29,9 (t) Oxydation Dans un réacteur, une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène H202 à 30 % (9,3 mmol, 0,97 mL, 1,2 éq. par rapport à la 2H-LGO) est ajoutée en une unique portion à une suspension de 2H-LGO (1 g, 7,8 mmol) sous agitation contenant en outre de la lipase (Novozym® 435, 100 mg, 340 U/mmol 2H-LGO) dans l'acétate d'éthyle (10 mL) à température ambiante. Le mélange réactionnel est agité à 40 °C pendant 4 h puis évaporé à sec. Hydrolyse acide De l'acide chlorhydrique concentré (12 mmol, 1 mL) est ajouté à une solution de ce mélange brut dans le méthanol (10 mL), à température ambiante. Le mélange réactionnel est chauffé sous agitation pendant 8 à 16 heures, de sorte à convertir le formiate (111b) en l'alcool (11b) correspondant. Le mélange réactionnel brut est évaporé à sec avec un gel de silice. Le produit brut est purifié par chromatographie sur gel de silice (élution avec 75 à 100 % d'acétate d'éthyle dans le cyclohexane) pour obtenir de la 4- hydroxyméthylbutyrolactone (11b) pure (750 mg, 83 %). 1H RMN (CDCI3) : Ô 4,64 (m, 1 H), 3,92 (dd, J = 2,7 et 12,6 Hz, 1 H), 3,66 (dd, J = 4,5 et 12,6 Hz, 1 H), 2,72-2,49 (m, 3 H (2 H + OH)), 2,35-2,09 (m, 2 H) 13C RMN (CDCI3) : Ô 177,7 (s), 80,8 (d), 64,1 (t), 28,7 (t), 23,1 (t) 2.2/ Voie 2 Le 4-hydroxyméthylbuténolide (lia) obtenu à l'Exemple 1 est soumis à hydrogénation catalytique, de la manière suivante. Du Pd/C (10 % p/p, 250 mg) est ajouté à une solution de 4- hydroxyméthylbuténolide (1,4 g, 12,3 mmol) dans de l'acétate d'éthyle (15 mL) à température ambiante. La suspension sous agitation est dégazée 3 fois sous vide/azote. La suspension est ensuite hydrogénée par une atmosphère d'hydrogène à température ambiante pendant 4 heures. Le mélange brut est filtré sur un tampon de célite et le filtrat est concentré à sec avec un gel de silice. Le produit brut est purifié par chromatographie sur gel de silice (élution avec un gradient allant de 75 à 100% d'acétate d'éthyle dans le cyclohexane), pour obtenir de la 4-hydroxyméthylbutyrolactone de formule (11b) pure (1,19 g, 82 %). 1H RMN (CDCI3) : Ô 4,64 (m, 1 H), 3,92 (dd, J = 2,7 et 12,6 Hz, 1 H), 3,66 (dd, J = 4,5 et 12,6 Hz, 1 H), 2,72-2,49 (m, 3 H), 2,35-2,09 (m, 2 H) 13C RMN (CDCI3) : Ô 177,7 (s), 80,8 (d), 64,1 (t), 28,7 (t), 23,1 (t) L'une comme l'autre des voies de synthèse 1 et 2 ci-dessus permettent d'obtenir, de manière régiosélective et avec des rendements élevés, la 4-hydroxyméthylbutyrolactone (11b), dont la structure est confirmée par RMN du proton et du carbone.

EXEMPLE 3 - Suivi cinétique de la réaction d'oxydation par HPLC Protocole HPLC Un échantillon de 10 g de milieu réactionnel est dilué dans 1,5 mL d'acétonitrile. Le mélange est filtré sur un filtre PTFE 0,2 i.tm, puis injecté dans le chromatographe HPLC.

Les analyses sont réalisées sur une colonne Thermo Scientific® Syncronis® aQ (250*4,6 mm, 5 pm) dans les conditions suivantes : volume d'injection 10 !IL ; température du four 30 °C ; méthode d'élution : isocratique 85/15 eau/acétonitrile de 0 à 5 min, de 5 à 10 min gradient de 85/15 à 90/10 eau/acétonitrile, de 10 à 15 min isocratique 90/10 eau/acétonitrile, de 15 à 20 min gradient de 90/10 à 85/15 eau/acétonitrile ; enregistrement du spectre à 220 nm. Suivi cinétique La cinétique de la réaction d'oxydation, réalisée conformément à l'invention, de la lévoglucosénone (LGO) en 4-hydroxyméthylbuténolide (lia) (HBO) est suivie par HPLC. 499 mg de LGO (3,96 mmol) sont dissous dans 5,3 mL d'acétate d'éthyle (concentration en LGO : 0,75 mo1/1). Sont ajoutés à cette solution du tampon solide TAPS (150 mg) et du TAPS sel de sodium (149 mg), puis 77 mg de lipase CaL-B (Novozym® 435, 15 % en masse, 170 U/mmol LGO) et enfin 0,33 mL de peroxyde d'hydrogène à 50% dans l'eau (1,2 éq./LGO). Le milieu est agité à 40 °C. Des échantillons de 10 i.tl_ sont prélevés dans le milieu réactionnel à différents intervalles de temps, et analysés par HPLC selon le protocole décrit 15 ci-avant. Les chromatogrammes HPLC obtenus aux temps de réaction T = 0 h, T = 1 h et T = 2 h sont montrés respectivement sur les figures 1 a, lb et 1 c. Les pics correspondant aux différents composés sont attribués par comparaison avec des chromatogrammes HPLC obtenus à partir des produits purs, disponibles dans le commerce ou synthétisés par d'autres voies et 20 purifiés en interne, suivant les temps de rétention : LGO : 8,40 min HBO et formiate FHBO correspondant : 3,73 et 3,87 min Afin de déterminer le taux de conversion de la LGO à chaque temps, l'aire sous le pic attribué à LGO est mesurée, et reportée sur une courbe étalon 25 réalisée par analyse HPLC de solutions de concentrations en LGO connues. Le taux de conversion de la LGO est déduit de la valeur en masse ainsi déterminée, par comparaison avec la masse initiale de LGO. On obtient les résultats montrés dans le tableau 1 ci-après.

Temps de réaction (h) 0 1 2 Aire sous le pic HPLC de la LGO 0,7422 0,1528 0,0845 Taux de conversion de la LGO (%) 0 79 88 Tableau 1 - Taux de conversion de la LGO après différents temps de réaction, par analyse HPLC EXEMPLE 4 - Etude de la présence d'une substance tampon sur le 5 taux de conversion Des réactions d'oxydation de la lévoglucosénone (LGO), pour obtenir un mélange de 4-hydroxyméthylbuténolide (lia) (HBO) et du formiate (111a) correspondant, sont réalisées conformément à la présente invention avec les conditions suivantes. 10 Dans une solution de LGO à 0,75 mol/L dans l'acétate d'éthyle, sont ajoutés la lipase CaL-B (Novozym® 435, 50 mg/mmol de LGO, 450 U/mmol LGO), puis 1,2 éq. de peroxyde d'hydrogène à 50 % dans l'eau. Le milieu réactionnel est agité à 40 °C ou à 60 °C pendant 24 h. Des réactions sont également mises en oeuvre avec les différentes 15 substances tampon solides suivantes, ajoutées dans le milieu réactionnel au début de la réaction, à une concentration de 20 mg/mL pour chacune des formes acide et basique : MOPS (pKa 7,2), TAPS (pKa 8,4) ou CAPSO (pKa 9,6), d'origine commerciale. Pour chacune des substances tampon solides, ainsi que pour un 20 milieu réactionnel sans substance tampon, à 40 °C et à 60 °C, le taux de conversion de la LGO est suivi au cours du temps et évalué par HPLC, selon le protocole opératoire de l'Exemple 3, à partir de la mesure de l'aire sous le pic HPLC attribué à la LGO (temps de rétention 8,40 min). Les résultats obtenus sont montrés sur la figure 2. On y observe que 25 des taux de conversion de la LGO supérieurs à 70 % sont obtenus, pour la réaction sans substance tampon, en moins de 4 heures à 40 °C et en moins de 2 heures à 60 °C, et, pour toutes les substances tampon solides testées, en moins de 2 heures à 40 °C. Les tampons solides CAPSO et TAPS permettent même d'obtenir, en 2 h de réaction, des taux de conversion sensiblement égaux à 90%. La performance légèrement moins bonne du tampon MOPS pourrait être attribuée au fait que cette substance forme un gel dans le milieu réactionnel, pouvant entraver l'action de la lipase. Afin de comparer l'effet sur la réaction d'oxydation de la LGO d'une substance tampon solide conforme à l'invention, il est réalisé à titre d'exemple comparatif un procédé dans les mêmes conditions réactionnelles, mais avec ajout dans le milieu réactionnel, au début de la réaction, d'un tampon liquide, plus précisément d'une solution tampon phosphate de pKa 7,2, à raison de 1 mL de solution tampon pour 4 mL d'acétate d'éthyle. Après 24 heures de réaction, on obtient un taux de conversion de la lipase de 43 %. Ce résultat démontre clairement l'efficacité importante et surprenante 15 des substances tampon solides dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention. EXEMPLE 5 - Mesure de l'activité résiduelle de la lipase à l'issue de la réaction d'oxydation 20 5.1/ Mesure par transformation d'acide laurique Des réactions d'oxydation de la LGO sont réalisées conformément à l'invention, avec les paramètres opérationnels suivants. La concentration initiale en LGO dans l'acétate d'éthyle est égale à 0,75 mol/L. La réaction est conduite à 40 °C. La quantité de lipase CaL-B est de 226,8 unités par mmol de 25 LGO. Les agents oxydants utilisés sont le peroxyde d'hydrogène (H202) ou le peroxyde d'hydrogène-urée (H202-urée), dans une concentration de 1,2 éq. molaires par rapport au LGO. Différentes durées de réaction sont testées : 4 h, 6 h, 8 h, 16 h, 24 h. A l'issue de la réaction, la lipase est isolée du milieu réactionnel par 30 filtration, lavée à l'acétate d'éthyle, à l'eau puis à l'hexane, séchée 1 h à 40 °C puis une nuit à température ambiante dans un dessiccateur sous pression réduite, et enfin soumise au test suivant. L'activité résiduelle de la lipase est mesurée par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS), en déterminant le taux de conversion de l'acide laurique en laurate de propyle. A cet effet, il est préparé une solution de substrat de composition : 74,65 % (p/p) d'acide laurique, 22,37 % (p/p) de 1-propanol, 2,98 % (p/p) d'eau. Le mélange est liquéfié à 60 °C. 14 mg de lipase sont introduits dans un flacon, placé à 60 °C. 5 g (6 mL) de la solution de substrat sont ajoutés dans le flacon. Après 15 min de réaction, 4 échantillons de 2 g chacun sont prélevés et placés dans des flacons pour chromatographie en phase gazeuse (GC) de poids connu. 1 mL d'hexane est ajouté dans chaque flacon, puis la quantité d'acide laurique convertie par la lipase est évaluée par GC-MS comme suit.

GC : flacon contenant au moins 500 g de liquide ; injection de 1 g, en mode split 40:1 ; température de l'injecteur 280 °C ; gaz vecteur : H2, 1,2 mL/min à flux constant ; température du four : 60 °C pendant 1 min puis gradient de température de 20 °C/min jusqu'à 325 °C et maintien à 325 °C pendant 5 min ; température de la ligne de transfert : 280 °C.

MS : retard solvant 1 min ; température de la source : 230 °C ; température quad : 150 °C ; plage de balayage 30 à 350 amu. Une gamme de masse étalon est réalisée pour chaque passage d'échantillon (de 0,1 g/L à 2,8 g/L ou de 0,2 mg/g à 4,5 mg/g). La masse d'acide laurique restant dans chaque échantillon est déduite par comparaison 25 avec la gamme étalon. L'activité de l'enzyme, exprimée en PLU/g, est déterminée par l'équation : Activité = [(Mi-Mf) / (W x t)] x 1000 où Mi représente le nombre initial de mmoles d'acide laurique Mf représente le nombre final de mmoles d'acide laurique W représente la quantité de lipase (g) t représente le temps de réaction (min) Une unité PLU est définie comme la quantité d'enzyme qui, dans des 5 conditions standards de 60 °C et 15 min de réaction, forme 1 mol de laurate de propyle par minute. Mf est calculée à partir de l'aires du pic correspondant en GC-MS et à l'aide d'une courbe d'étalonnage. Dans la mesure où il se produit une perte d'activité de la lipase à son 10 entrée en contact avec l'acétate d'éthyle (AcOEt), et où cette perte d'activité ne se prolonge pas dans le temps, une activité résiduelle de 100 % est définie pour une suspension de la lipase dans l'acétate d'éthyle. Les résultats obtenus, pour les différentes conditions de la réaction d'oxydation de la LGO conformes à l'invention, sont montrés dans le tableau 2 15 ci-après. Conditions Activité (PLU/g) Activité résiduelle (%) CaL-B d'origine (sortie du pot) 16763 CaL-B d'origine dans AcOEt 9593 100,0 (H202), 4 h de réaction 8116 84,6 (H202), 6 h de réaction 7532 78,6 (H202), 8 h de réaction 7132 74,4 (H202), 16 h de réaction 3594 37,5 (H202-urée), 6 h de réaction 7947 82,9 (H202-urée), 24 h de réaction 5069 52,9 Tableau 2 - Activité résiduelle de la lipase après mise en oeuvre d'une réaction d'oxydation de LGO conforme à l'invention On observe que l'activité résiduelle de la lipase reste importante même après de longs temps de réaction. Après 6 h de réaction avec la LGO, cette activité résiduelle est supérieure à 78 % quel que soit l'agent oxydant utilisé. 5.2/ Réutilisation de la lipase dans un procédé conforme à l'invention Une première réaction d'oxydation de la LGO conforme à l'invention est réalisée dans les conditions suivantes. La concentration de LGO dans l'acétate d'éthyle est égale à 0,67 mol/L. A cette solution sont ajoutées : 113 ou 227 unités de lipase Cal-B par mmole de LGO (soit respectivement 10 % ou 20 % en poids de lipase par rapport au poids de LGO), 1,2 éq. de peroxyde d'hydrogène (50 % dans l'eau), et 20 mg/mL de chacune des formes acide et basique du tampon solide HEPES (pKa 7,5). La réaction est conduite sous agitation à 40 °C pendant 2 heures. A l'issue de la réaction, 10 i.tl_ de milieu réactionnel sont prélevés et analysés par HPLC, selon le protocole décrit dans l'Exemple 2 ci-avant. La lipase et la substance tampon solide sont ensuite séparées du milieu réactionnel par filtration, et lavées à l'acétate d'éthyle. Elles sont ensuite réutilisées pour un deuxième cycle de réaction, dans les mêmes conditions que celles décrites ci-avant, puis dans un troisième, et enfin un quatrième cycle de réaction. A l'issue de chaque cycle, le taux de conversion de la LGO est 20 déterminé par analyse HPLC. Les résultats obtenus sont montrés sur la figure 3. On observe sur cette figure qu'il est possible de réaliser avec la même lipase un second cycle de réaction d'oxydation de la LGO sans perte de rendement. Un troisième cycle, et même un quatrième cycle sont également possibles, avec toutefois 25 des rendements plus faibles. EXEMPLE 6 - Oxydation de la lévoglucosénone L'étape b) du procédé conforme à l'invention, d'oxydation de la lévoglucosénone (LGO), est mise en oeuvre comme décrit dans l'Exemple 1, en faisant varier différents paramètres opératoires comme indiqué dans le tableau 3 ci-après. A l'issue de 2 h de réaction à 40 °C, sont déterminés : le taux de conversion de la LGO, comme indiqué dans l'Exemple 4 ci-avant ; l'activité résiduelle de la lipase, comme indiqué dans l'Exemple 5 ci-avant.

Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau 3 ci-après. Expérience 1 2 3 4 5 H202 (éq. / LGO) 1,4 1,5 1,4 1,4 1,5 Quantité de CaL-B (U) 675 1143 1089 657 1080 Quantité de CaL-B (U/mmol LGO) 166 290 271 166 273 Volume d'acétate d'éthyle (mL) 5,3 4 5,3 5,3 8 Concentration initiale en LGO 0,768 0,983 0,757 0,748 0,494 (mol/L) Tampon solide TAPS MOPS TAPS CAPSO MOPS Masse de tampon solide (chacune des formes acide et sodique) (mg) 112,6 86,6 112,6 112,6 166,6 Concentration finale en LGO (mol/L) 0,048 0,083 0,066 0,075 0,092 Taux de conversion de LGO (%) 93,8 91,6 91,3 90,0 81,3 Activité résiduelle de la lipase (%) 74,9 44,8 50,6 68,9 85,3 Tableau 3 - Taux de conversion de la LGO et activité résiduelle de la lipase à l'issue de réactions d'oxydation de la LGO selon différents modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention Ces résultats montrent clairement qu'à l'issue de 2 h de réaction, on obtient pour tous les modes de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention des taux de conversion de la lévoglucosénone supérieurs à 80 %, et pouvant même atteindre près de 94 %. A l'issue de la réaction, la lipase présente en outre une activité résiduelle d'au moins 44 %, et jusqu'à 85 % selon les conditions, si bien qu'elle peut être réutilisée efficacement pour la mise en oeuvre de réactions d'oxydation supplémentaires.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de transformation de la lévoglucosénone en un composé de formule générale (II) : HO (Il) dans laquelle R représente -CH=CH- ou -CH2-CH2-, comprenant les étapes successives suivantes : a) le cas échéant, pour obtenir un composé de formule générale (II) dans laquelle R représente -CH2-CH2-, hydrogénation de la lévoglucosénone pour former de la dihydrolévoglucosénone, b) oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone obtenue à l'étape a), c) hydrolyse acide du mélange réactionnel obtenu à l'étape b), d) le cas échéant, pour obtenir un composé de formule générale (II) dans laquelle R représente -CH2-CH2-, si une étape a) n'a pas été réalisée, hydrogénation du composé obtenu à l'étape c), ledit procédé étant caractérisé en ce que l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone est réalisée par mise en contact d'une solution de lévoglucosénone ou de dihydrolévoglucosénone dans un solvant, avec une lipase en présence d'un agent oxydant et d'un composé donneur d'acyle.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel pour l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, la quantité de lipase mise en oeuvre est comprise entre 56 et 1 134 unités de lipase par millimole de lévoglucosénone ou de dihydrolévoglucosénone.
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, selon lequel la lipase est la lipase B de Candida antarctica.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, selon lequel la durée de l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la 5 dihydrolévoglucosénone est comprise entre deux et quatre heures, de préférence entre deux et trois heures.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, selon lequel dans l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, le composé donneur d'acyle et le solvant sont 10 constitués par un même produit, de préférence l'acétate d'éthyle.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, selon lequel dans l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, l'agent oxydant est choisi parmi le peroxyde d'hydrogène et le peroxyde de carbamide, en solution dans l'eau. 15
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, selon lequel dans l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, la concentration d'agent oxydant est au moins égale à 1 équivalent molaire par rapport à la lévoglucosénone ou la dihydrolévoglucosénone, de préférence comprise entre 1 et 2 équivalents 20 molaires par rapport à la lévoglucosénone ou la dihydrolévoglucosénone.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, selon lequel l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone est réalisée à une température comprise entre 30 et 60 °C, et préférentiellement égale à 40 °C. 25
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, selon lequel dans l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, la concentration en lévoglucosénone ou en dihydrolévoglucosénone dans le solvant est comprise entre 0,5 et 1 mol/L.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, selon lequel l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, est réalisée en présence dans le milieu réactionnel d'au moins une substance tampon solide de pKa compris entre 7,2 et 9,6.
11. 11. Procédé selon la revendication 10, selon lequel la concentration de la substance tampon solide dans le milieu réactionnel est comprise entre 20 et 100 mg/mL.
12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, selon lequel la lipase est isolée du milieu réactionnel après l'étape b) d'oxydation de la lévoglucosénone ou de la dihydrolévoglucosénone, préalablement à la mise en oeuvre de l'étape c) d'hydrolyse acide.