Un chimiste de l'Université RUDN a trouvé un moyen écologique d'obtenir des esters d'acide lévulinique utilisés comme additif de carburant pour la synthèse chimique. Avec des collègues de France, la Grèce et l'Espagne, il a obtenu ces esters à partir d'alcools furfuryliques et aliphatiques et a utilisé du charbon actif comme catalyseur sous exposition aux micro-ondes. Les résultats ont été publiés dans la revue Catalyse moléculaire .

Les esters d'acide lévulinique sont utilisés comme plastifiants. Ce sont des substances qui sont introduites dans la composition des matériaux polymériques afin de conférer ou d'augmenter l'élasticité ou la plasticité. La manière conventionnelle d'obtenir ces esters, c'est-à-dire par interaction directe avec les alcools, est considéré comme coûteux en raison du coût élevé de la substance d'origine, acide lévulinique.

Il existe une option plus économique :le remplacer par de l'alcool furfurylique, qui se forme lors du traitement de la biomasse. Mais cette méthode nécessite l'utilisation de catalyseurs contenant des métaux toxiques ou des acides forts qui doivent ensuite être éliminés d'une manière spéciale. Le professeur Rafael Luque de l'Université RUDN et ses collègues ont proposé d'utiliser du charbon actif disponible dans le commerce et respectueux de l'environnement comme catalyseur. Cependant, elle ne peut à elle seule fournir une activité suffisante, les chimistes ont donc combiné la catalyse au charbon actif avec l'activation par micro-ondes.

"Les micro-ondes ont des applications intéressantes dans l'industrie, mais ne sont pas largement appliqués dans l'industrie chimique. Le problème est lié à la faible perméabilité des micro-ondes pour lesquelles des procédés en flux continu commencent à être mis en œuvre pour de telles applications et besoins, " dit Rafael Luque

Les chercheurs ont ajouté du charbon actif aux réactifs et placé le mélange dans un réacteur à micro-ondes, où il était constamment agité. L'analyse quantitative des produits de catalyse a été réalisée par chromatographie en phase gazeuse, et la substance obtenue a été déterminée par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse.

Il s'est avéré que dans des conditions optimales, le rendement en ester méthylique était de 78 pour cent en cinq minutes, ce qui est comparable à l'utilisation de catalyseurs métalliques traditionnels. Luque et ses collègues ont également obtenu des esters avec de l'éthyle, n-propyle, isopropyle, et les alcools n-butyliques. Avec ces substances, si l'alcool furfurylique a été utilisé et épuisé complètement, le rendement en esters était plus faible que lorsque l'on utilisait de l'alcool méthylique. Mais les chimistes suggèrent que ces réactions peuvent également être améliorées pour obtenir des rendements de produits optimaux.

La méthode proposée ouvre la possibilité d'obtenir des substances organiques de valeur par une approche « chimie verte » à partir de produits de transformation de la biomasse, et a un potentiel d'application industrielle car il utilise du charbon actif comme catalyseur, qui est peu coûteux et disponible dans le commerce en gros volumes.

Pour mieux comprendre le mécanisme de réaction de l'alcool furfurylique avec les alcools dans la formation des esters, les chimistes ont essayé de détecter des composés intermédiaires par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse. Mais les résultats suggèrent que le mécanisme de réaction est plus complexe que prévu.