Des enzymes au lieu du cyanure hautement toxique

Des chercheurs mettent au point un procédé biocatalytique pour la production de nitrile

20.06.2024
IMBT - TU Graz

Une cascade chimio-enzymatique sans cyanure pour la synthèse des nitriles.

Une équipe de chercheurs de l'Université technique de Graz et de l'Académie tchèque des sciences a utilisé deux enzymes pour éliminer le besoin de cyanure hautement toxique dans la production de nitriles.

Si le nettoyant ménager dégage une odeur de citron, cela peut être dû à un nitrile appelé citronellyl nitrile. Ces groupes de nitriles chimiques polyvalents sont également utilisés dans la fabrication d'ingrédients pharmaceutiques actifs, de superglue et de gants résistants aux produits chimiques. Le processus de production utilisé jusqu'à présent nécessitait une réaction chimique de certaines molécules avec du cyanure hautement toxique. Margit Winkler, de l'Institut de biotechnologie moléculaire de l'Université technique de Graz, et Ludmila Martínková, de l'Institut de microbiologie de l'Académie tchèque des sciences, ont mis au point un processus biocatalytique qui ne nécessite pas de cyanure, fonctionne à température ambiante, requiert donc moins d'énergie et produit moins de déchets nocifs. Le projet a été financé par le Fonds scientifique autrichien FWF et la Fondation scientifique tchèque (GACR).

Deux étapes guidées par des enzymes

Pour remplacer le cyanure, le groupe de recherche utilise des enzymes et combine trois réactions individuelles en une cascade. Les matières premières sont des acides carboxyliques, tels que des acides gras provenant d'huiles végétales ou de la lignine, un sous-produit de la transformation du bois. Dans la première étape, l'acide carboxylique est converti en aldéhyde par l'ajout de sucre, d'oxygène et de l'enzyme carboxylate réductase contenue dans les cellules bactériennes vivantes. Cependant, cet aldéhyde est très réactif et donc instable, et dans de nombreux cas également volatile. Pour capturer cette substance, on laisse l'aldéhyde réagir avec l'hydroxylamine, qui le convertit en oxime, qui est stable.

L'oxime est une forme "diluée" de nitrile, c'est pourquoi l'enzyme aldoxime déshydratase est utilisée dans l'étape finale. Cette enzyme est également confinée dans les cellules bactériennes et est responsable de l'extraction de l'eau de l'oxime. Une fois cette étape franchie, la cascade a atteint son objectif et le nitrile souhaité a été produit.

Cette méthode peut maintenant être utilisée pour la préparation de petites quantités de nitrile. Il s'agit déjà d'une technologie prometteuse pour les parfums très puissants, par exemple, dont seule une petite quantité est nécessaire pour obtenir un effet. Des travaux d'optimisation sont encore nécessaires pour la production de plus grandes quantités de nitrile afin de pouvoir utiliser le processus biocatalytique à des coûts raisonnables. Actuellement, des solutions très diluées sont utilisées dans la première étape du processus et un grand réacteur serait nécessaire pour produire de grandes quantités, ce qui n'est pas encore rentable. C'est pourquoi Margit Winkler mène déjà des recherches sur la manière de rendre la première étape plus efficace. La déshydratation de l'oxime seul, en revanche, est extrêmement efficace et a déjà atteint la maturité technique pour la production d'aujourd'hui.

Un procédé biosourcé

"Je m'intéresse à la chimie du cyanure depuis que j'ai rédigé mon mémoire de maîtrise et, comme nous le savons grâce aux romans d'Agatha Christie, le cyanure est hautement toxique", explique Margit Winkler. "Il était donc important pour nous de trouver un moyen d'éviter cette substance dangereuse dans la production. Les acides gras que nous utilisons proviennent d'huiles végétales. Nous disposons donc d'une méthode de production biologique. Nous aimerions maintenant l'améliorer encore pour qu'elle puisse être utilisée à grande échelle."

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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