FR3039150A1 - Procede de production de 5-hydroxymethylfurfural en presence de catalyseurs organiques de la famille des thiourees - Google Patents

Procede de production de 5-hydroxymethylfurfural en presence de catalyseurs organiques de la famille des thiourees Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un nouveau procédé de transformation d'une charge comprenant au moins un sucre en 5-hydroxyméthylfurfural, dans lequel ladite charge est mise en contact avec un ou plusieurs catalyseurs organiques en présence d'au moins un solvant, ledit solvant étant l'eau ou un solvant organique seuls ou en mélange, à une température comprise entre 30°C et 200°C, et à une pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa dans lequel lesdits catalyseurs organiques sont choisis parmi les composés de la famille des thiourées de formule générale R1 NH-C(=S)-NHR2 dans laquelle les groupements R1 et R2 sont choisis parmi les groupements aromatiques comprenant un hétéroatome ou non, les groupements alkyles linéaires ou ramifiés, cycliques ou non cycliques, et les groupements alkyles comportant au moins un hétéroatome, linéaires ou ramifiés, cycliques ou non cycliques, lesdits groupements R1 et R2 pouvant être substitués ou non et identiques ou différents.

Description

Domaine technique de l'invention L’invention concerne un procédé de transformation de sucres et en particulier les hexoses en 5-hydroxyméthylfurfural en présence de nouveaux catalyseurs organiques de la famille des thiourées de faible acidité et non corrosifs.
Art antérieur
Le 5-hydroxyméthylfurfural (5-HMF) est un composé dérivé de la biomasse qui peut être valorisé dans de nombreux domaines comme précurseurs de principes actifs en pharmacie, en agrochimie ou en chimie de spécialité. Son intérêt réside ces dernières années dans son utilisation comme précurseur de l’acide furanedicarboxylique (FDCA) qui est utilisé comme substitut à l’acide téréphthalique en tant que monomère pour la production de fibres polyesters ou de plastiques de commodité.
La production de 5-FIMF par déshydratation d’hexoses est connue depuis de nombreuses années et a fait l’objet d’un nombre important de travaux de recherches. La déshydratation du glucose ou du fructose en 5-HMF est très majoritairement décrite avec des catalyseurs acides forts de Bronsted ou de Lewis. L’article de Horvath et al. (ACS Catal. 2014, 4, 1470-1477) décrit par exemple la transformation de sucres en présence d’acide sulfurique dans la γ-valérolactone. Des acides sulfoniques hétérogènes comme les résines Amberlyst sont également largement utilisées pour la transformation de fructose en 5-HMF comme détaillé dans l’article de Schüth et al. (ACS Catal. 2013, 3, 123-127).
Tous ces composés sont des acides forts et corrosifs ainsi que toxiques pour la plupart, dont l’élimination et le recyclage sont difficiles et peuvent engendrer des problèmes environnementaux.
La forte acidité de chacun de ces catalyseurs peut être caractérisée par la valeur numérique de son pKa dans un solvant. Par exemple, dans le DMSO, les pKa des acides sulfuriques et sulfoniques sont compris entre 0 et 3. Par exemple, dans l’eau, les pKa des acides sulfuriques et sulfoniques sont compris entre -14 et -2. Ces données de classement d’acidité sont issues de la littérature et bien connues de l’homme de l’art, par exemple on peut se référer à l’article de F. G. Bordwell et al. (J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 8398-8401).
Il existe donc un besoin de développement de nouveaux procédés utilisant des systèmes catalytiques moins acides et moins corrosifs. L’invention concerne donc un procédé de production de 5-hydroxyméthylfurfural à partir de sucres utilisant des catalyseurs organiques à base de composés de la famille des thiourées, peu acides et non corrosifs.
Objet de l'invention
Un objet de la présente invention est donc de fournir un nouveau procédé de transformation d’une charge comprenant au moins un sucre en 5-hydroxyméthylfurfural, dans lequel ladite charge est mise en contact avec un ou plusieurs catalyseurs organiques en présence d'au moins un solvant, ledit solvant étant l'eau ou un solvant organique seuls ou en mélange, à une température comprise entre 30°C et 200°C, et à une pression comprise enite 0,1 MPa et 10 MPa dans lequel lesdits catalyseurs organiques sont choisis parmi les composés de la famille des thiourées de formule générale RI NH-C(=S)-NHR2 dans laquelle les groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements aromatiques comprenant un hétéroatome ou non, les groupements alkyles linéaires ou ramifiés, cycliques ou non cycliques, et les groupements alkyles comportant au moins un hétéroatome, linéaires ou ramifiés, cycliques ou non cycliques, lesdits groupements RI et R2 pouvant être substitués ou non et identiques ou différents.
On entend par catalyseur organique, une molécule jouant le rôle de catalyseur et contenant exclusivement des atomes non-métalliques choisis par exemple parmi le carbone, l’hydrogène, l’oxygène, l’azote, le phosphore, le soufre, le silicium, le fluor, le brome, le chlore et l’iode.
Un avantage de la présente invention est de fournir un procédé de transformation de sucres en 5-hydroxyméthylfurfural utilisant un ou plusieurs catalyseurs organiques de la famille des thiourées, lesdits catalyseurs présentant une faible acidité, étant non-corrosifs et étant facilement recyclables.
Description détaillée de l'invention
La charge
Conformément à l’invention, la charge traitée dans le procédé selon l'invention est une charge comprenant au moins un sucre, de préférence choisis parmi les oligosaccharides et les monosaccharides, seuls ou en mélange.
Par sucre, on entend tout oligosaccharide ou monosaccharide soluble dans les conditions réactionnelles envisagées par l’invention.
Par monosaccharide, on désigne plus particulièrement les hydrates de carbone de formule générale C6(H20)6 ou CeHiaOe· Les monosaccharides préférés utilisés comme charge dans la présente invention sont choisis parmi le glucose, le mannose, le fructose, pris seuls ou en mélange.
Par oligosaccharide, on désigne plus particulièrement un hydrate de carbone ayant pour formule brute θ6ηΗιοπ+2θ5η+ι où n est un entier supérieur à 1, les unités monosaccharidiques composant ledit oligosaccharide étant identiques ou non, et/ou un hydrate de carbone ayant pour formule brute (C6mHiom+205m+i)(C5nH8n+204n+i) OÙ ιπ et Π sont des entiers supérieurs ou égaux à 1, ies unités monosaccharidiques composant iedit oiigosaccharide étant identiques ou non.
Les oiigosaccharides sont de préférence choisis parmi ies oiigomères d’hexoses ou de pentoses et d'hexoses, de préférence parmi ies oiigomères d’hexoses, de préférence avec un degré de poiymérisation ieur permettant d’être soiubie dans ies conditions réactionneiies envisagées par i’invention. lis peuvent être obtenus par hydroiyse partieiie de poiysaccharides issus de ressources renouveiabies teis que i’amidon, i'inuiine, ia ceiiuiose ou i'hémiceiiuiose, éventueiiement issus de ia biomasse iignoceiiuiosique. Par exempie, i’expiosion à ia vapeur de ia biomasse iignoceiiuiosique est un procédé d’hydroiyse partieiie de ia ceiiuiose et de i’hémiceiiuiose contenues dans ia biomasse iignoceiiuiosique produisant un fiux d’oiigo- et monosaccharides.
Les oiigosaccharides préférés utiiisés comme charge dans ia présente invention sont de préférence choisis parmi ie saccharose, ie iactose, ie maitose, i’isomaitose, i’inuiobiose, ie méiibiose, ie gentiobiose, ie tréhaiose, ie ceiiobiose, ie ceiiotriose, ie ceiiotetraose et ies oiigosaccharides issus de i’hydroiyse desdits poiysaccharides issus de i’hydroiyse de i’amidon, de i'inuiine, de la cellulose ou de I'hémiceiiuiose, pris seuls ou en mélange.
De préférence, la charge comprenant au moins un sucre utilisée dans le procédé selon l’invention est choisie parmi le ceiiobiose, le fructose et le glucose, pris seuls ou en mélange.
De manière très préférée, ladite charge est choisie parmi le fructose et le glucose, pris seuls ou en mélange.
Les catalyseurs
Conformément à l'invention, ladite charge est mise en contact dans le procédé selon l'invention, avec au moins un catalyseur organique de la famille des thiourées en présence d'au moins un solvant, ledit solvant étant l'eau ou un solvant organique, seuls ou un mélange, à une température comprise entre 30°C et 200°C, et à une pression comprise enrte 0,1 MPa et 10 MPa.
Conformément à l’invention, le catalyseur est choisi parmi les composés de la famille des thiourées de formule générale R1NH-C(=S)-NHR2 dans laquelle les groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements aromatiques comprenant un hétéroatome ou non, les groupements alkyles linéaires ou ramifiées, cycliques ou non cycliques, et les groupements alkyles comportant au moins un hétéroatome, linéaires ou ramifiés, cycliques ou non cycliques, lesdits groupements RI et R2 pouvant être substitués ou non et identiques ou différents.
Les groupements R1 et R2 peuvent être indépendamment choisis parmi les familles de groupements. Par exemple R1 peut-être choisi parmi les groupements aromatiques et R2 parmi les groupements cycloalkyles.
Dans le cas où R1 et R2 sont choisis dans une même famille de groupement, RI et R2 peuvent être identiques ou différents.
De préférence, lesdits groupements R1 et R2 sont choisis parmi les groupements aromatiques comprenant un hétéroatome ou non et les groupements alkyles, cycliques ou non cycliques, lesdits groupements R1 et R2 pouvant être substitués ou non et identiques ou différents et de manière préférée, les dits groupements R1 et R2 sont choisis parmi les groupements aromatiques ne comprenant pas d’hétéroatomes.
Dans le cas où lesdits groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements aromatiques comprenant un hétéroatome, ledit hétéroatome est de préférence choisi parmi l’azote, le phosphore et l’oxygène. Dans ce cas, lesdits groupements RI et R2 sont de préférence choisis parmi les groupements pyridine, phosphole et furane.
Dans le cas où lesdits groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements aromatiques ne comprenant pas d’hétéroatome, ils sont avantageusement choisis parmi les groupements aromatiques ayant de 6 à 14 atomes de carbones, fusionnés ou non.
De manière préférée, les groupements aromatiques ayant de 6 à 14 atomes de carbones sont choisis parmi les groupements phényle, naphtyle, phénanthryle et anthryle et de manière très préférée, ledit groupement est le phényle.
Dans le cas où lesdits groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements alkyles, linéaires ou ramifiés, cycliques ou non, ils sont avantageusement choisis parmi les groupements alkyles ayant de 1 à 12 atomes de carbones, et de préférence ayant de 1 à 6 atomes de carbones, et les groupements cycloalkyles ayant de 3 à 8 atomes de carbones, et de préférence ayant de 5 à 8 atomes de carbones.
De préférence, les groupements alkyles non cycliques ayant de 1 à 12 atomes de carbones, et de préférence 1 à 6 atomes de carbones linéaires ou ramifiés, sont choisis parmi les groupements méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, pentyle et hexyle.
De préférence, les groupements cycloalkyles ayant de 3 à 8 atomes de carbones et de préférence ayant de 5 à 8 atomes de carbones sont choisis parmi les groupements cyclopentyle, cyclohexyle, cycloheptyle et bicyclo[2.2.2]octyle.
Dans le cas où lesdits groupements R1 et R2 sont choisis parmi les groupements alkyles comportant au moins un hétéroatome, cycliques ou non, ledit hétéroatome est de préférence choisi parmi l’azote.
Lesdits groupements sont donc avantageusement choisis parmi les groupements alkyles et/ou cycloalkyles pouvant comprendre au moins une fonction amine tertiaire. Dans ce cas, ils sont avantageusement choisis parmi la A/,A/-diméthyléthylamine, la A/,A/-diméthylcyclohexylamine, la N-méthylpipéridine et l’aza-bicyclo[2.2.2]octyle.
Dans le cas où lesdits groupements R1 et R2 sont substitués, ils sont, de manière préférée, substitués par au moins un groupe choisi parmi les halogènes, les groupements -CX3 avec X étant un halogène et de préférence le Fluor, le groupement nitro -NO2, le groupement -NHCOCH3, les groupements alcoxy, de préférence choisis parmi les groupes méthoxy et éthoxy et les groupements alkyle ayant 1 à 12 atomes de carbones, linéaires ou ramifiés, de préférence choisis parmi les groupements méthyle, éthyle, propyle, butyle, pentyle et hexyle.
De préférence, lesdits groupements RI et R2 sont substitués par au moins un groupe choisi parmi les halogènes, les groupements -CX3 avec X étant un halogène et de préférence le Fluor et les groupements alcoxy, de préférence le groupe méthoxy. Lesdits groupements RI et R2 peuvent avantageusement être mono- ou disubstitués.
Des catalyseurs organiques préférés sont avantageusement choisis parmi les catalyseurs organiques suivants: la 1-(3,5-bis-trifluorométhyl-phényl)-3-cyclohexylthiourée correspondant à la formule générale nommée thiourée 1 et ayant un pKa = 10 dans le DMSO, et la 1-(4-méthoxyphényl)-3-phénylthiourée correspondant à la formule générale nommée thiourée 2 et ayant un pKa = 14 dans le DMSO, Les appellations thiourée 1, et thiourée 2, sont propres au texte et visent à simplifier l’écriture de ces catalyseurs organiques de la famille des thiourées dont les formules sont données ci-dessous :
Dans le DMSO, les pKa des catalyseurs organiques de la famille des thiourées sont compris entre 8 et 22. Ils sont donc beaucoup moins acides que les acides forts classiquement utilisés pour la déshydratation de sucres, comme l’acide sulfurique ou les acides sulfoniques dont les pKa dans le DMSO sont compris entre 0 et 3. Ces données de classement d’acidité sont issues de la littérature et bien connues de l’homme de l’art, par exemple on peut se référer à l’article de F. G. Bordwell et al. (J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 8398-8401 ).
Procédé de transformation
Conformément à l'invention, le procédé de transformation de la charge comprenant au moins un sucre est mis en œuvre dans une enceinte réactionnelle en présence d'au moins un solvant, ledit solvant étant de l'eau ou un solvant organique, seuls ou en mélange, à une température comprise entre 30°C et 200°C, et à une pression comprise entre 0,1 MPaet 10 MPa.
Le procédé est donc mis en œuvre dans une enceinte réactionnelle comprenant au moins un solvant et dans laquelle ladite charge est mise en présence d’au moins un catalyseur organique de la famille des thiourées selon l’invention.
Conformément à l'invention, le procédé opère en présence d'au moins un solvant, ledit solvant étant l'eau ou un solvant organique, seuls ou en mélange.
Les solvants organiques sont avantageusement choisis parmi les alcools comme le méthanol, l’éthanol, les propanols, les butanols, les éthers comme le diéthyléther, le diméthoxyéthane, le tétrahydrofurane, le dioxane, les esters comme le formiate d’éthyle, l’acétate d’éthyle, les lactones comme la γ-valérolactone, la γ-butyrolactone, les carbonates cycliques comme l’éthylène carbonate, le propylène carbonate, les nitriles comme l’acétonitrile, le benzonitrile, les amides comme le diméthylformamide, le diéthylformamide, la A/-méthylpyrrolidone, les sulfones comme la diméthylsulfone, le sulfolane, les sulfoxides comme le DMSO, les sels d’ammonium comme le chlorure de choline, seuls ou en mélange.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé selon l'invention opère uniquement en présence de solvant organique.
De préférence, ledit procédé selon l'invention opère à une température comprise entre 50°C et 200°C et de manière préférée entre 50°C et 175°C, et à utæ pression comprise entre 0,1 MPa et 8 MPa et de manière préférée entre 0,1 et 5 MPa. Généralement le procédé peut être opéré selon différents modes de réalisation. Ainsi, le procédé peut avantageusement être mis en œuvre en discontinu ou en continu. On peut opérer dans une enceinte réactionnelle fermée ou en réacteur semi-ouvert.
Le ou les catalyseurs organiques de la famille des thiourées sont introduits dans l'enceinte réactionnelle à raison d’une quantité correspondant à un rapport massique charge/catalyseur(s) organique(s) compris entre 1 et 1000, de préférence entre 1 et 500, de préférence entre 1 et 100, de préférence entre 1 et 50.
La charge est introduite dans ie procédé à raison d’une quantité correspondant à un rapport massique soivant/charge compris entre 0,1 et 200, de préférence entre 0,3 et 100 et encore préférentieiiement entre 1 et 50.
Si i'on choisit un procédé en continu, ia vitesse massique horaire (débit de charge massique/masse de cataiyseur(s) organique(s)) est entre 0,01 h'^ et 5 h'\ de préférence entre 0,02 h'^ et 2 h'\ A ia fin de la réaction, le catalyseur peut être facilement récupéré par précipitation, distillation, extraction ou lavage. Il peut être également récupéré par passage sur une résine échangeuse d’ion comme l’Amberlyst 15 ou l’Amberlyst 31 et recyclé après lavage de cette résine.
Les produits obtenus et leur mode d'anaivse
Le produit de la réaction du procédé de transformation selon l'invention est le 5-hydroxyméthylfurfural. A l'issue de la réaction, le milieu réactionnel est analysé par chromatographie phase gaz (GC) pour déterminer la teneur en 5-HMF en présence d’un étalon interne et par chromatographie ionique pour déterminer la conversion de la charge en présence d’un étalon externe.
Brève description des figures
La figure 1 est un graphique représentant l’évolution du rendement de la réaction de production de 5-HMF à partir d’une charge sucre dans différentes conditions catalytiques.
EXEMPLES
Dans les exemples ci-dessous, le glucose et le fructose utilisés comme charge sont commerciaux et utilisés sans purification supplémentaire.
Le 3,5-trifluorométhylphényl isothiocyanate, le phényl isothiocyanate, la cyclohexylamine et la p-anisidine utilisés comme précurseurs pour les catalyseurs selon l’invention sont commerciaux et utilisés sans purification supplémentaire. L’Amberlyst 15 est commerciale et utilisée sans purification supplémentaire.
La A/-méthylpyrrolidone, notée NMP dans les exemples, utilisée comme solvant est commerciale et utilisée sans purification supplémentaire.
Pour les exemples 1 et 2 de préparation des catalyseurs de la famille des thiourées, le rendement molaire en thiourée est calculé par le rapport entre le nombre de moles de thiourée obtenue et le nombre de moles de réactif isothiocyanate engagé.
Pour les exemples 3 à 8 de transformation de sucres en 5-HMF, le rendement molaire en 5-HMF est calculé par le rapport entre le nombre de moles de 5-HMF obtenu et le nombre de moles de charge sucre engagé.
Exemple 1 : Préparation du catalyseur organique thiourée 1
Le 3,5-trifluorométhylphényl isothiocyanate (1,485 g, 5,5 mmol) et la cyclohexamine (0,595 g, 6 mmol) sont dissous dans du dichlorométhane anhydre et le milieu réactionnel est agité une nuit à température ambiante. Le solvant est ensuite évaporé sous vide et le brut obtenu est purifié par chromatographie sur colonne de silice, la phase mobile étant un gradient CH2Cl2/MeOH. La masse de thiourée 1 obtenue est de 0,83 g. Le rendement molaire correspondant en thiourée 1 est de 41% après purification.
Formule brute : CisHigFgNaS Masse moléculaire : 370,09 g.mol ' RMN'H (δ (ppm), (CD3)2C0, 300 MHz) 8,29 (s, 2H), 7,67 (s, 1H), 4,35-4,15 (m, 1H), 1,81-1,54 (m,4H), 1,45-1,08 (m, 6H)
Exemple 2 : Préparation du catalyseur organique thiourée 2
Le phényl isothiocyanate (0,564 g, 4,17 mmol) et la p-anisidine (0,510 g, 4,14 mmol) sont dissous dans du dichlorométhane anhydre et le milieu réactionnel est agité une nuit à température ambiante. Le solvant est ensuite évaporé sous vide et le brut obtenu est purifié par recristallisation dans un mélange EtOH/acétone. La masse de thiourée 2 obtenue est de 0,48 g. Le rendement molaire correspondant en thiourée 2 est de 45% après purification.
Formule brute : C14H14N2OS Masse moléculaire : 258,05 g.mol'' RMN'H (δ (ppm), (CD3)2C0, 300 MHz) 8,86 (br.s, 1H), 7,54-7,52 (m, 1H), 7,40-7,30 (m, 4H), 7,17-7,13 (m, 1H), 6,94-6,89 (m, 2H), 3,80 (s, 3H)
Exemple 3 : Transformation du fructose mettant en oeuvre le catalyseur organique thiourée 1 (conforme)
Le catalyseur de l’exemple 1 (0,046 g, 0,12 mmol) est ajouté à une solution de fructose (2,0 g 11,10 mmol) dans la NMP (20 g). Le rapport massique charge/catalyseur est de 43,5. Le rapport massique solvant/charge est de 10. Le milieu réactionnel est ensuite agité à 120 °C pendant 6 h. La conversion du fructose en 5-HMF est suivi par des prélèvements réguliers d’un aliquot de solution qui est refroidi instantanément à 0°C, redissous dans leau et contrôlé par chromatographie ionique. Le rendement en 5-HMF après 6h est de 55%.
Exemple 4 : Transformation du fructose mettant en œuvre le catalyseur organique thiourée 2 (conforme)
Le catalyseur de l’exemple 2 (0,044 g, 0,17 mmol) est ajouté à une solution de fructose (2,0 g, 11,10 mmol) dans la NMP (20 g). Le rapport massique charge/catalyseur est de 45,5. Le rapport massique solvant/charge est de 10. Le milieu réactionnel est ensuite agité à 120 °C pendant 6 h. La conversion du fructose en 5-HMF est suivi par des prélèvements réguliers d’un aliquot de solution qui est refroidi instantanément à 0°C, redissous dans (eau et contrôlé par chromatographie ionique. Le rendement molaire en 5-HMF après 6h est de 59%.
Exemple 5 : Transformation d’un mélange de glucose et fructose mettant en œuvre le catalyseur organique thiourée 1 (conforme)
Le catalyseur de l’exemple 1 (0,046 g, 0,12 mmol) est ajouté à un mélange de fructose et de glucose 50% poids/50% poids (2,0 g, 11,10 mmol) dans la NMP (20 g). Le rapport massique charge/catalyseur est de 43,5. Le rapport massique solvant/charge est de 10. Le milieu réactionnel est ensuite agité à 120 °C pendant 6 h. La conversion cü fructose en 5-HMF est suivi par des prélèvements réguliers d’un aliquot de solution qui est refroidi instantanément à 0°C, redissous dans l’eau et contrôlé par chromatographie ionique. Le rendement molaire en 5-HMF après 6h est de 58%.
Exemple 6 : Transformation d’un mélange de glucose et fructose mettant en œuvre le catalyseur organigue thiourée 2 (conforme)
Le catalyseur de l’exemple 2 (0,044 g, 0,17 mmol) est ajouté à un mélange de fructose et de glucose 50% poids/50% poids (2,0 g, 11,10 mmol) dans la NMP (20 g). Le rapport massique charge/catalyseur est de 45,5. Le rapport massique solvant/charge est de 10. Le milieu réactionnel est ensuite agité à 120 °C pendant 6 h. La conversion cü fructose en 5-HMF est suivi par des prélèvements réguliers d’un aliquot de solution qui est refroidi instantanément à 0°C, redissous dans l’eau et contrôlé par chromatographie ionique. Le rendement molaire en 5-HMF après 6h est de 60%.
Exemple 7 comparatif : Transformation de fructose sans catalyseur (non conforme)
Le fructose (2,0 g, 11,10 mmol) est dissous dans la NMP (20 g). Le rapport massique solvant/charge est de 10. Le milieu réactionnel est ensuite agité à 120 °C pendant 6 h. La conversion du fructose en 5-HMF est suivi par des prélèvements réguliers d’un aliquot de solution qui est refroidi instantanément à 0°C, redissous dans l’eau et contrôlé par chromatographie ionique. Le rendement molaire en 5-HMF après 6h est inférieur à 1%.
Exemple 8 comparatif : Transformation de fructose mettant en œuvre une résine acide fort et corrosive (Amberivst 15), (non conforme) L’Amberlyst 15 (0,040 g) est ajoutée à une solution de fructose (2,0 g, 11,10 mmol) dans la NMP (20 g). Le rapport massique charge/catalyseur est de 50. Le rapport massique solvant/charge est de 10. Le milieu réactionnel est ensuite agité à 120 °C pendant 6 h. La conversion du fructose en 5-HMF est suivi par des prélèvements réguliers d’un aliquot de solution qui est refroidi instantanément à 0°C, redissous dans l’eau et contrôlé par chromatographie ionique. Le rendement molaire en 5-HMF après 6h est de 45%.
Les résultats présentant le rendement en 5-HMF lors du prélèvement réalisé après 6 heures de réaction sont récapitulés dans le Tableau 1. Les résultats présentant l’évolution du rendement en 5-HMF sur l’ensemble de la durée de réaction sont illustrés en Figure 1.
Tableau 1
La cinétique de réaction est plus rapide et le rendement en 5-HMF est supérieur dans le cas de l’utilisation de catalyseurs organiques faiblement acides de la famille des thiourées selon l’invention comparativement à un acide sulfonique fort comme l’Amberlyst 15, à savoir environ 60% de rendement molaire en 5-HMF en présence de thiourées contre 45% pour la résine acide forte Amberlyst 15 après 6 heures de réaction.
Il paraît donc de manière inattendue par rapport au caractère peu acide, non corrosif et non toxique des thiourées qu’il est nettement avantageux d’utiliser les catalyseurs organiques selon l’invention comparativement à une résine acide forte classiquement utilisée pour la transformation de sucres en 5-HMF.

Claims (19)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de transformation d’une charge comprenant au moins un sucre en 5-hydroxyméthylfurfural, dans lequel ladite charge est mise en contact avec un ou plusieurs catalyseurs organiques en présence d'au moins un solvant, ledit solvant étant l'eau ou un solvant organique seuls ou en mélange, à une température comprise entre 30°C et 200°C, et à une pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa dans lequel lesdits catalyseurs organiques sont choisis parmi les composés de la famille des thiourées de formule générale R1NH-C(=S)-NHR2 dans laquelle les groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements aromatiques comprenant un hétéroatome ou non, les groupements alkyles linéaires ou ramifiés, cycliques ou non cycliques, et les groupements alkyles comportant au moins un hétéroatome, linéaires ou ramifiés, cycliques ou non cycliques, lesdits groupements RI et R2 pouvant être substitués ou non et identiques ou différents.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit sucre est choisi parmi les oligosaccharides et les monosaccharides, seuls ou en mélange.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel les monosaccharides sont choisis parmi le glucose, le mannose, le fructose, pris seuls ou en mélange.
  4. 4. Procédé selon la revendication 2 dans lequel les oligosaccharides sont choisis parmi le saccharose, le lactose, le maltose, l’Isomaltose, l’inulobiose, le mélibiose, le gentiobiose, le tréhalose, le celloblose, le cellotriose, le cellotetraose et les oligosaccharides issus de l’hydrolyse desdits polysaccharides issus de l’hydrolyse de l'amidon, de l'inuline, de la cellulose ou de l'hémicellulose, pris seuls ou en mélange.
  5. 5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel lesdits groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements aromatiques comprenant un hétéroatome, ledit hétéroatome étant choisi parmi l’azote, le phosphore et l’oxygène.
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel lesdits groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements pyridine, phosphole et furane.
  7. 7. Procédé selon les revendications 1 à 4, dans lequel lesdits groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements aromatiques ne comprenant pas d’hétéroatome ayant de 6 à 14 atomes de carbones, fusionnés ou non.
  8. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel les groupements aromatiques ayant de 6 à 14 atomes de carbones sont choisis parmi les groupements phényle, naphtyle, phénanthryle et anthracyle.
  9. 9. Procédé selon les revendications 1 à 4, dans lequel lesdits groupements R1 et R2 sont choisis parmi les groupements alkyles non cycliques ayant de 1 à 12 atomes de carbones linéaires ou ramifiés choisis parmi les groupements méthyle, éthyle, propyle, Isopropyle, butyle, pentyle et hexyle.
  10. 10. Procédé selon les revendications 1 à 4, dans lequel lesdits groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements cycloalkyles ayant de 3 à 8 atomes de carbones choisis parmi les groupements cyclopentyle, cyclohexyle, cycloheptyle et blcyclo[2.2.2]octyle.
  11. 11. Procédé selon les revendications 1 à 4, dans lequel lesdits groupements RI et R2 sont choisis parmi les groupements alkyles et/ou cycloalkyles comprenant au moins une fonction amine tertiaire.
  12. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel lesdits groupements RI et R2 sont choisis parmi la A/,A/-dlméthyléthylamlne, la A/,A/-dlméthylcyclohexylamlne, la A/-méthylplpérldlne et l’aza-blcyclo[2.2.2]octyle.
  13. 13. Procédé selon les revendications 1 à 4, dans lequel ledit catalyseur organique est la 1-(3,5-bls-trlfluorométhyl-phényl)-3-cyclohexylthlourée.
  14. 14. Procédé selon les revendications 1 à 4, dans lequel ledit catalyseur organique est la 1-(4-méthoxyphényl)-3-phénylthlourée.
  15. 15. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7 dans lequel ledit solvant est un solvant organique choisi parmi les alcools, les éthers, les esters, les lactones, les carbonates cycliques, les nitriles, les amides, les sulfones, les sulfoxides et les sels d’ammonium, seuls ou en mélange.
  16. 16. Procédé selon la revendication 15 dans lequel les alcools sont choisis parmi le méthanol, l’éthanol, les propanols et les butanols, et dans lequel les éthers sont choisis parmi le diéthyléther, le diméthoxyéthane, le tétrahydrofurane, le dioxane et dans lequel les esters sont choisis parmi le formiate d’éthyle, l’acétate d’éthyle et dans lequel les lactones sont choisis parmi la γ-valérolactone, la γ-butyrolactone et dans lequel les carbonates cycliques sont choisis parmi l’éthylène carbonate, le propylène carbonate et dans lequel les nitriles sont choisis parmi l’acétonltrlle, le benzonitrile et dans lequel les amides sont choisies parmi le diméthylformamide, le diéthylformamide, la N-méthylpyrrolldone et dans lequel les sulfones sont choisies parmi la diméthylsulfone, le sulfolane et dans lequel le sulfoxide est le DMSO, et dans lequel le sel d’ammonium est le chlorure de chollne, seuls ou en mélange.
  17. 17. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la température est comprise entre 50°C et 200°C, et dans lequel la preslon est comprise entre 0,1 MPa et 8 MPa.
  18. 18. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la charge est Introduite à un rapport massique solvant/charge compris entre 0,1 et 200.
  19. 19. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les catalyseurs organiques de la famille des thiourées sont Introduits à un rapport massique charge/catalyseur(s) organlque(s) compris entre 1 et 1000.
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