Une stratégie réalisable et durable pour la valorisation de la biomasse

La biomasse, principalement composée de lignocellulose et d’huile végétale, a été reconnue comme l’une des sources durables les plus prometteuses de matière première carbonée pour la synthèse de carburants de transport et de produits chimiques à valeur ajoutée. La conversion catalytique de la lignocellulose/huile végétale et leurs dérivés apparentés a suscité une grande attention dans la valorisation de la biomasse.

De nombreuses méthodes élégantes, notamment l’hydrolyse, la déshydratation, l’hydrogénation, l’hydrogénolyse, l’oxydation, l’éthérification, l’estérification, l’amination, la condensation d’aldol, la condensation de Diels-Alder, la condensation de Knoevenagel et l’acétalisation ont été développées pour la valorisation des dérivés de lignocellulose/huile végétale vers des produits chimiques à valeur ajoutée et biocarburants.

En particulier, l’acétalisation est préconisée comme une approche attrayante dans la valorisation de la biomasse car elle sert à la fois d’outil de synthèse pour les additifs de carburant acétal renouvelable et de stratégie de protection pour améliorer la sélectivité des produits. Une équipe de scientifiques a résumé les dernières avancées concernant l’application de la stratégie d’acétalisation dans la valorisation de la biomasse. Leurs travaux sont publiés dans Chimie Industrielle & Matériaux.

“Le développement de stratégies efficaces et sélectives est crucial pour valoriser les dérivés de lignocellulose/huile végétale”, a déclaré Changzhi Li, professeur à l’Institut de physique chimique de Dalian, Académie chinoise des sciences, “Dans cette revue, nous avons systématiquement discuté de l’avancement récent de la application de la stratégie d’acétalisation dans la valorisation de la biomasse.”

“Les derniers progrès dans le développement de systèmes catalytiques pour l’acétalisation de composés furaniques biosourcés et d’éthylène glycol/glycérol biogénique sont systématiquement résumés et discutés, en mettant l’accent sur la voie de réaction, la relation entre les structures catalytiques et leurs performances, et le mécanisme catalytique pertinent. ”

“De plus, l’application de la stratégie d’acétalisation pour protéger les fonctionnalités de la structure des groupes carbonyle/diol afin d’améliorer la sélectivité des produits cibles dans la dépolymérisation de la lignine, l’oxydation du 5-hydroxyméthylfurfural, la déshydratation du sorbitol et l’hydrogénation du xylose est mise en évidence. Nous avons également fourni un aperçu des autres défis dans ce domaine.”

“L’acétalisation, une réaction réversible bien connue entre les composés carbonylés et les alcools, nécessite généralement un excès de l’un des réactifs pour forcer l’achèvement de l’acétalisation réversible”, a déclaré Li.

“Néanmoins, les études sur la récupération de l’excès de réactif après la réaction sont rares. De plus, la séparation et la purification des acétals/cétals cycliques méritent beaucoup d’attention. Comme prévu, la rectification ou la conception d’un système de réaction biphasique approprié pour cette transformation peut probablement réaliser la récupération de le surplus de substrat et/ou la séparation des acétals produits.”

“Un acétal à cinq chaînons (c’est-à-dire le 1,3-dioxolane) et un acétal à six chaînons (c’est-à-dire le 1,3-dioxane) sont disponibles à partir de l’acétalisation de composés furaniques et de glycérol”, a déclaré Li, ” Cependant, la réalisation de la synthèse sélective du 1,3-dioxolane ou du 1,3-dioxane reste un défi important.La conception de catalyseurs structurellement ajustables ou le choix de solvants appropriés peut offrir une opportunité pour réaliser la synthèse sélective du 1,3-dioxolane ou du 1,3-dioxolane ou 1,3-dioxane.”

“De plus, l’utilisation de glycérol brut, issu de la production de biodiesel, pour l’acétalisation est plus économiquement viable, et l’influence des impuretés sur la réaction d’acétalisation doit être étudiée.”

À l’heure actuelle, les recherches disponibles pour mieux comprendre les mécanismes catalytiques détaillés de l’acétalisation des composés furaniques et de l’éthylène glycol/glycérol sont limitées. Plus d’efforts devraient donc être consacrés à la compréhension fondamentale du mécanisme catalytique via des mesures spectroscopiques in situ et le calcul de la théorie de la fonctionnelle de la densité.

“La synthèse d’un seul produit avec une sélectivité élevée lors de la valorisation des dérivés de la biomasse est très difficile en raison de la présence de plusieurs groupes fonctionnels (par exemple, C=O, C=C et CO) dans les molécules de biomasse”, a déclaré Li.

“Tirant parti du fait que l’acétalisation est une réaction réversible et que les acétals/cétals cycliques formés sont stables/faiblement réactifs dans les milieux basiques, l’acétalisation en tant que stratégie de protection du groupe carbonyle mérite d’être davantage promue dans la valorisation de la biomasse telle que l’hydrogénation exclusive de C =C dans les composés multifonctionnels biosourcés tout en laissant le groupe C=O non réduit.”

“Dans cette revue, notre objectif principal est de fournir aux lecteurs des progrès de recherche opportuns et précis sur l’application de la stratégie d’acétalisation dans la valorisation de la biomasse”, a déclaré Li.