Dans une étude récente publiée dans ChemSusChemles chercheurs ont développé des processus évolutifs pour convertir le β-pinène en 4-isopropénylcyclohexanone (4-IPEC), une matière première pour synthétiser des versions durables du paracétamol et de l’ibuprofène.
Sommaire
Arrière-plan
Les préoccupations mondiales concernant l’impact environnemental des combustibles fossiles poussent les efforts à développer des voies durables pour convertir les ressources biorenouvelables en biocarburants et biopolymères. Pourtant, le potentiel de transformation de la biomasse en produits chimiques à partir de produits pétrochimiques non renouvelables reste largement inexploré.
Bien que plusieurs procédés impliquant la conversion de la biomasse lignocellulosique en matières premières benzénoïdes aient été développés, la plupart d’entre eux sont gourmands en ressources, coûteux et à faible rendement.
Les monoterpènes, tels que la térébenthine et le limonène, offrent une solution prometteuse car ils peuvent être convertis en parfums, arômes, vitamines et plus encore.
Des recherches antérieures ont proposé des protocoles pour produire des produits chimiques aromatiques durables, offrant des alternatives écologiques aux produits commerciaux comme les analgésiques. Cela profite non seulement à l’environnement, mais est également prometteur sur le plan économique.
À propos de l’étude
Dans cette étude, diverses techniques expérimentales ont été utilisées pour étudier la synthèse et la caractérisation de plusieurs composés organiques. Les spectres de résonance magnétique nucléaire (RMN) 1H et 13C ont été obtenus à l’aide de spectromètres Bruker Avance avec différentes fréquences, et les déplacements chimiques ont été référencés au pic de solvant résiduel.
Les spectres ont montré des modèles de multiplets spécifiques, tels que des singulets, des doublets, des triplets et des multiplets, fournissant des informations sur les structures composées.
Les spectres infrarouges ont été enregistrés à l’aide d’un spectromètre Perkin Elmer Fourier-Transform Infrared (FT-IR), fournissant des données précieuses sur les groupes fonctionnels présents dans les composés. La spectrométrie de masse a été réalisée à l’aide d’un spectromètre de masse à temps de vol à électrospray (ESITOF) Bruker Daltonics micrOTOF, révélant les poids moléculaires et les schémas de fragmentation.
Les points de fusion ont été déterminés à l’aide d’un appareil à point de fusion Buchi 535 et une chromatographie en couche mince a été utilisée pour la purification.
La synthèse de la nopinone impliquait l’ozonolyse du β-pinène suivie de l’ajout de triéthylamine. La nopinone résultante a été caractérisée par RMN, donnant un rendement de 91 %.
Une autre réaction, la synthèse de 4-(1-hydroxy-1-méthyléthyl)-cyclohexanone (4-HMEC), a été réalisée en utilisant deux méthodes différentes, des protocoles discontinus et en flux continu, aboutissant à un rendement de 86-89 %.
La synthèse de 4-IPEC a été réalisée en chauffant 4-HMEC avec de l’alumine, ce qui a donné un rendement de 80 %. La 4-acétylcyclohexanone (4-ACH) a été obtenue en soumettant la 4-IPEC à une ozonolyse, avec un rendement de 96 %. La synthèse de la 4-hydroxyacétophénone (4-HAP) impliquait de l’hydroxylamine et le chauffage du mélange résultant pour donner 92% du produit.
Les composés 4-HAP, 4-IPEC et 4-ACH ont été utilisés dans la synthèse de (rac)-1-isobutyl-4-(prop-1-én-2-yl)cyclohexan-1-ol (1), (rac)-4-(1-hydroxypropan-2-yl)-1-isobutylcyclohexan-1-ol (2) et acides (rac)-2-(4-hydroxy-4-isobutylcyclohexyl)propanoïques 4a/4b, respectivement . Ces acides ont ensuite été convertis en composé final, (rac)-ibuprofène, en utilisant des réactions d’aromatisation catalysées par Pd.
Résultats de l’étude
Les chercheurs visaient à développer une méthode pratique et efficace pour produire des versions durables d’analgésiques couramment utilisés, tels que le paracétamol et le (rac)-ibuprofène, en utilisant des ressources renouvelables. Leur point de départ était le β-pinène, un composé trouvé en abondance dans des sources naturelles comme la térébenthine et le limonène.
La première étape de leur stratégie de synthèse consistait à convertir le β-pinène en un intermédiaire clé appelé 4-IPEC. Cette transformation a nécessité une orchestration minutieuse des réactions d’oxydation, d’ouverture de cycle et de déshydratation. Ils ont atteint cet objectif avec succès grâce à une série de réactions chimiques, garantissant que l’intermédiaire a été obtenu avec une grande pureté et un bon rendement.
Avec le 4-IPEC en main, les chercheurs se sont alors concentrés sur sa transformation en paracétamol. Ils ont utilisé une technique connue sous le nom d’aromatisation oxydative, catalysée par un catalyseur à base de palladium, pour transformer le 4-IPEC en un composé appelé 4-ACH.
D’autres étapes d’oxydation et de réarrangement ont finalement produit du paracétamol, un analgésique largement utilisé.
En parallèle, les chercheurs ont également exploré la synthèse du (rac)-ibuprofène à partir du 4-IPEC. Ce processus impliquait une série différente de réactions chimiques, y compris une réaction de Grignard, une oxydation sélective et des étapes de réarrangement. Ces étapes ont conduit avec succès à la formation de (rac)-ibuprofène, un autre analgésique couramment prescrit.
Cette approche synthétique utilise des matières premières renouvelables dérivées de sources naturelles comme la térébenthine et le limonène, ce qui en fait une méthode plus durable et respectueuse de l’environnement par rapport aux approches traditionnelles qui reposent sur des produits pétrochimiques non renouvelables.
De plus, les chercheurs ont démontré l’évolutivité de leur approche, montrant qu’elle pouvait être appliquée pour produire ces analgésiques de manière rentable à plus grande échelle.
conclusion
Dans la présente étude, les chercheurs ont développé avec succès des méthodes évolutives pour transformer le β-pinène en formes durables de deux analgésiques couramment utilisés, le paracétamol et le (rac)-ibuprofène. Ils ont également mis en évidence le potentiel d’utilisation du 4-HAP biodérivé comme matière première renouvelable pour la production de produits aromatiques dans un environnement de bioraffinerie de monoterpènes.
Dans l’ensemble, cette étude est une avancée significative dans la quête de développement de voies durables pour la production de produits pharmaceutiques essentiels. En utilisant des ressources renouvelables et en démontrant la faisabilité d’une production à grande échelle, les chercheurs ont ouvert de nouvelles possibilités pour une industrie pharmaceutique plus verte et plus respectueuse de l’environnement.
Le succès de cette étude devrait en inspirer d’autres à concevoir leurs itinéraires durables à partir de ressources renouvelables pour les produits benzénoïdes essentiels actuellement dérivés de produits pétrochimiques non durables.
