La photochimie convertit les déchets de solvants du nettoyage à sec en produits chimiques utiles
Un nouveau processus piloté par la lumière convertit le solvant industriel tétrachloroéthylène en éléments de base chimiques organiques utiles. Cette approche pourrait constituer un moyen simple, peu coûteux, sûr et respectueux de l’environnement de recycler les solvants usés en esters carbonatés et en chloroforme.
Le tétrachloroéthylène, communément appelé perc, est largement utilisé comme dégraissant pour métaux et pour le nettoyage à sec des tissus. Cependant, ses déchets sont considérés comme dangereux et sont généralement éliminés par incinération, ce qui libère du dioxyde de carbone et de l’acide chlorhydrique dans l’atmosphère.
Aujourd’hui, Akihiko Tsuda et ses collègues de l’Université de Kobe, au Japon, se sont associés au fabricant de matériaux AGC pour développer la première synthèse simultanée d’esters de carbonate et de chloroforme à partir de perc dans une réaction déclenchée par la lumière UV. Les esters carbonatés sont des composés précieux utilisés comme solvants dans certaines batteries lithium-ion et comme sources de carbonyle dans la synthèse organique. Parallèlement, le chloroforme est utilisé comme solvant et comme précurseur de composés réfrigérants.
« Le percolateur étant ininflammable et suffisamment stable pour être utilisé comme solvant, son utilisation comme matière première pour la synthèse organique a reçu peu d’attention », explique Tsuda. Il explique que la stabilité du perc signifie que sa conversion nécessite généralement beaucoup d’énergie ou des réactifs hautement réactifs. «Notre réaction photochimique permet sa conversion en esters carbonatés et en chloroforme (en utilisant) uniquement la lumière… rendant la réaction plus sûre et plus pratique, avec une consommation d’énergie et de produits chimiques moindre.»
Tsuda et son équipe ont développé la nouvelle approche en s’appuyant sur une réaction connue mais à petite échelle dans laquelle le perc subit une oxydation photochimique pour former du chlorure de trichloroacétyle hautement réactif et une quantité mineure de phosgène. Jusqu’à présent, cette réaction n’avait pas été pleinement explorée pour son application potentielle en synthèse organique, explique Tsuda. En générant le chlorure de trichloroacétyle et le phosgène in situ, puis en les faisant réagir davantage, l’approche de l’équipe évite toute manipulation directe de ces produits chimiques dangereux.
Les chercheurs ont mené des expériences dans un seul pot combinant le perc avec un alcool, tel que le méthanol ou l’éthylène glycol, et une base organique. Les mélanges ont ensuite été barbotés avec de l’oxygène et éclairés avec une lumière UV à ondes courtes provenant d’une lampe à mercure. Le chlorure de trichloroacétyle et le phosgène, formés par l’oxydation photochimique du perc, ont subi des réactions de condensation catalysées par une base avec l’alcool pour finalement produire des esters de carbonate d’alkyle acycliques et cycliques et du chloroforme gazeux.
«La conversion photochimique du perc en chlorure de trichloroacétyle est généralement empêchée par l’alcool. Cependant, nous avons constaté que même dans leurs solutions mixtes, la réaction se déroulait en irradiant de la lumière sur la phase gazeuse plutôt que sur la solution échantillon », explique Tsuda. «Cela a augmenté l’efficacité de la réaction radicalaire en chaîne du perc en chlorure de trichloroacétyle et a permis une synthèse à une échelle pratique.»
«Ce procédé tout-en-un publié s’inscrit parfaitement dans les efforts de l’industrie chimique visant à atteindre un nouveau niveau de durabilité dans le recyclage et la fabrication de produits chimiques en vrac», déclare Thomas Rehm, chercheur en photochimie organique synthétique à l’Institut Fraunhofer de micro-ingénierie et de microsystèmes, à Mayence. , Allemagne.
« Néanmoins, comme c’est l’habitude pour la recherche universitaire, un transfert simple vers un processus à l’échelle industrielle nécessite beaucoup plus de recherche… pour augmenter le rendement, et également pour maintenir un haut niveau de sécurité pendant la production et le traitement en aval d’intermédiaires toxiques et volatils comme le chlorure de trichloroacétyle. et du phosgène», ajoute-t-il.
Tsuda affirme que son groupe vise désormais à surmonter les obstacles liés à l’application du nouveau procédé dans les milieux industriels. «Nous travaillons actuellement avec AGC sur des expériences de synthèse à grande échelle pour des applications pratiques, qui devraient s’étendre de l’échelle de 100 grammes à l’échelle du kilogramme et de la tonne», dit-il.
