Trouver des solutions innovantes et durables à nos besoins en matériaux est l'un des objectifs fondamentaux de la chimie verte. La myriade de plastiques qui enveloppent notre vie quotidienne, des matelas à la nourriture et aux voitures, sont principalement fabriqués à partir de monomères à base d'huile qui sont les éléments constitutifs des polymères. Par conséquent, trouver des monomères biosourcés pour la synthèse de polymères est intéressant pour parvenir à des solutions plus durables dans le développement de matériaux.

Dans un article publié en ACS Chimie et Ingénierie Durables , des chercheurs du groupe Kleij présentent une nouvelle voie pour préparer des polyesters biosourcés aux propriétés ajustables. Les chercheurs s'appuient sur la structure multifonctionnelle du terpène β-élémène :trois doubles liaisons qui ont une réactivité distincte, permettant de transformer sélectivement ces liaisons et donc de peaufiner les fonctionnalités dans le squelette du polymère. "Cet échafaudage terpénique multifonctionnel est assez unique et permet d'affiner la diversité structurelle et de moduler prospectivement les propriétés des polymères et des matériaux, " explique Arjan Kleij, Chef de groupe ICIQ et professeur ICREA.

Racine de gingembre ACS KleijEn collaboration avec la société Isobionics, les chercheurs ont utilisé des -élémènes obtenus grâce à une voie innovante de fermentation du sucre. Ce procédé s'est avéré être un début prometteur pour l'utilisation du -élémène comme matière première pour la polymérisation. "La voie de fermentation du sucre d'Isobionic change complètement l'échelle de disponibilité des β-élémènes, qui peut maintenant être utilisé dans la production de polymères, " explique Francesco Della Monica, chercheur postdoctoral dans le groupe Kleij travaillant dans le projet européen SUPREME, une bourse individuelle MSCActions et premier auteur de l'article.

Via une réaction de copolymérisation par ouverture de cycle (ROCOP), les chercheurs ont combiné des oxydes d'-élémène et de l'anhydride phtalique (un monomère courant utilisé dans la préparation de polyesters) pour créer le polymère linéaire biosourcé poly(BEM-alt-PA) et sa structure associée, poly-réticulé (BED-alt-PA). Ces transformations ont été réalisées avec des systèmes catalytiques (complexes d'aminotriphénolate de fer et d'aluminium associés au chlorure de bis-(triphénylphosphine)iminium) développés précédemment par le groupe utilisant des procédés non critiques, éléments abondants pour la polymérisation catalytique.

Une fois le polyester préparé, il reste deux doubles liaisons du bloc de construction terpénique d'origine qui peuvent être facilement et sélectivement adressées et fonctionnalisées, permettant d'adapter le polyester final. « Ces réactions de post-modification sur un polymère biosourcé sont assez rares. La plupart des monomères biosourcés disponibles ne présentent pas de fonctionnalités, " remarque Della Monica.

L'article est un point de départ pour le développement ultérieur de polymères à base d'-élémènes qui permettent d'adapter les propriétés du matériau final (en fonction de son utilisation) grâce à des modifications post-polymérisation faciles. Le document n'aborde pas la biodégradation du matériau, bien que pour Della Monica, "en fonction de l'utilisation finale, l'idéal n'est peut-être pas la biodégradation mais la création d'un polymère recyclable :c'est-à-dire prendre une matière première, créer le polymère, utilise le, le récupérer, puis le dégrader de manière contrôlée et réutiliser ce matériau. Maintenant que nous avons l'idée d'une économie circulaire à portée de main, nous avons besoin de processus circulaires, " conclut le scientifique.