Une bactérie répond à un souhait longtemps caressé par de nombreux chimistes. La bactérie E. coli, qui a été modifié pour l'équiper d'enzymes spéciales, a été montré pour faire des blocs de construction pour les plastiques, comme les polyesters, directement à partir de composants pétroliers appelés alcanes, en utilisant très peu d'énergie. Cette étude a été réalisée par Youri van Nuland et il a obtenu son doctorat pour cette recherche à la Wageningen University &Research le 20 octobre.

Pour produire des plastiques, les blocs de construction en question doivent être couplés les uns aux autres, chaque bloc de construction nécessitant deux groupes chimiques spéciaux, qui peuvent être comparés à des « crochets » ou des « yeux », à ses extrémités. Les alcanediols sont des éléments constitutifs particulièrement importants. Ce sont des alcanes, comme le propane et le butane, avec deux groupes alcool à leurs extrémités et ils peuvent être utilisés pour la fabrication de polyesters, polyuréthanes, polyamides et autres matières plastiques.

Les blocs de construction alcanediol actuellement sur le marché sont souvent fabriqués à partir des matières premières plus complexes acétylène ou benzène, via un certain nombre d'étapes énergivores qui libèrent de grandes quantités de gaz à effet de serre dioxyde de carbone et gaz hilarant (oxyde nitreux). Six kilogrammes de CO2 sont émis par kilogramme de produit. Environ 1,8 million de tonnes de butanediol sont produites chaque année.

Liste de souhaits chimiques

Une solution évidente serait donc de fabriquer ces briques alcanediol directement à partir de simples, alcanes facilement disponibles, en équipant les deux extrémités de ces molécules d'un groupe alcool ou « crochet ». Cette conversion consomme peu d'énergie et ne libère que des quantités limitées de gaz à effet de serre. Une telle méthode de conversion figure donc en bonne place sur la liste des souhaits depuis la naissance de l'industrie pétrochimique.

Jusque là, cependant, les nombreux laboratoires industriels et universitaires n'ont pas su réaliser une voie directe pour synthétiser ces briques de base pour la fabrication des plastiques. Le problème était que, Pendant le processus, les atomes de carbone internes des alcanes étaient équipés d'un groupe alcool ainsi que les atomes de carbone externes. Cela signifiait que la réaction chimique n'était pas assez spécifique et produisait des sous-produits indésirables. Les groupes d'alcool étaient, de plus, converti en groupes acides ou la molécule entière a été brûlée en dioxyde de carbone et en eau.

L'enzyme alcane hydroxylase (AlkB) est spécifiquement capable d'équiper uniquement les atomes de carbone externes des alcanes de groupes alcool bien qu'elle transforme également les groupes alcool en groupes acides. Par ailleurs, il n'est capable de le faire que d'un côté de la molécule d'alcane. Il semblait que les souhaits du chimiste ne devaient pas être exaucés; il y avait une impasse.

Cependant, Youri van Nuland, un doctorant dans le groupe de recherche Bioprocess Engineering à Wageningen University &Research, a maintenant réussi à réaliser la conversion souhaitée des alcanes en alcanediols en utilisant l'enzyme AlkB. Il a génétiquement modifié une souche de la bactérie E. coli et l'a équipée d'AlkB et d'une autre enzyme, alcool acétyltransférase. L'enzyme Atf1 sauvegarde rapidement le groupe alcool formé par AlkB, en lui permettant de réagir avec l'acide acétique pour former un ester stable avant qu'il puisse être converti davantage en un groupe acide. Un point surprenant ici est qu'AlkB est maintenant capable d'équiper l'autre extrémité de l'alcane d'un groupe alcool également et que Atf1 permet également à celui-ci de réagir pour former un ester. Les esters formés à partir d'un alcanediol sont faciles à transformer en alcanediol recherché et cette conversion nécessite peu d'énergie.

Youri van Nuland a démontré cette conversion à l'échelle du laboratoire avec des alcanes variant du butane au décane. Une optimisation et une mise à l'échelle supplémentaires seront nécessaires pour faire de la méthode un processus industriel. Un brevet est en instance pour sa découverte.