Brevet FR2771408A1 — publié le 19990528

Procédé de solubilisation de molécule(s) organique(s) mettant en oeuvre un milieu solvant contenant un hydrofluoroéther. L'invention concerne le domaine de la chimie organique. Plus précisément, l'invention concerne un nouveau procédé de solubilisation de molécule(s) organiques mettant en oeuvre un milieu solvant contenant un hydrofluoroéther. L'invention trouve notamment son application dans les opérations d'extraction, de purification, de fractionnement, de séparation, de raffinage, de dépollution, d'analyses, etc... Ces applications concernant principalement mais pas exclusivement les industries aromatiques, cosmétiques, pharmaceutiques, agro-alimentaires, de la chimie fine ou de l'environnement. L'exploitation des propriétés de solubilisation de certaines molécules est une opération bien connue, notamment en vue d'obtenir des extraits concentrés. Dans cet exemple précis, les extraits sont traditionnellement obtenus par la mise en contact d'une matière première donnée avec un solvant d'extraction tel que l'hexane, l'acétone, l'éthanol. Cette mise en contact peut être réalisée par macération simple ou agitée, à froid ou à chaud, par extraction unique ou multiple, pendant des durées plus ou moins longues, etc... selon un protocole unitaire par lots séparés ou en continu. D'autres moyens physiques peuvent également être mis en jeu tels que les ultra-sons ou les micro-ondes afin d'optimiser les cinétiques d'extraction, les rendements ou la qualité des extraits. A l'issue de l'extraction la matière première épuisée est séparée du solvant chargé en solutés. Ceux-ci sont concentrés par évaporation du solvant d'extraction jusqu'à l'obtention d'un extrait brut. L'extrait brut peut subir des traitements ultérieurs de purification comme, par exemple, une désolvantisation. Durant l'étape d'évaporation, les solutés subissent un stress thermique pouvant se traduire par une dénaturation de certains de ses constituants (apparition de notes "cuites", modification des couleurs, perte d'activité, ...). Cette dégradation peut être particulièrement importante lors de la désolvantisation finale réglementation imposant, en effet, à l'industriel des normes en solvant(s) résiduel(s) de plus en plus sévères. A ces contraintes techniques et réglementaires, il faut ajouter celles des consommateurs qui réclament des produits de plus en plus purs, dénués de toxicité mais présentant des qualités organoleptiques irréprochables. De nouvelles technologies ont donc été développées afin de substituer totalement ou partiellement les solvants présentant une certaine toxicité tel que le benzène, l'hexane ou les produits chlorés. Parmi ces technologies, l'extraction à l'aide d'un gaz à l'état supercritique a fait l'objet de nombreuses demandes de brevets. Par gaz à l'état supercritique, on entend un gaz qui, placé dans des conditions particulières de température et de pression, se trouve dans un état intermédiaire entre un liquide et un gaz. Dans le diagramme des phases, cet état se situe au-delà du point critique. Dans les procédés connus concernant cette technique, le gaz solvant peut être le dioxyde de carbone, des alcanes ou alcènes (butane, butène, propane, propène,...), des molécules chlorées telles que les chlorofluorocarbones (CFC), etc... individuellement ou en mélange. Pour des raisons de toxicité et de sécurité, le gaz solvant est le plus souvent le dioxyde de carbone, dont les coordonnées du point critique sont de 73 bar et de 31,3 "C. Toutefois, dans la plupart des procédés décrits, le dioxyde de carbone est préférentiellement soumis à une pression comprise entre 100 et 300 bar. Le coût des installations mettant en oeuvre des procédés supercritiques est proportionnel aux contraintes de pression. Ces installations sont donc par définition extrêmement coûteuses et plutôt réservées jusqu'à présent à des produits à haute valeur ajoutée. Pour diminuer le coût des installations, plusieurs demandes de brevets décrivent des procédés basés sur le principe du cycle frigorifique dans lesquels le gaz solvant de nature chimique variée n'est pas à l'état supercritique mais plus simplement liquéfié sous l'action d'une pression comprise entre 2 et 25 bar. La demande de brevet EP 0 616 821 (au nom de Wilde P.) décrit un tel procédé utilisant comme gaz solvant des hydrofluoroalcanes non chlorés en général et le 1,1,1,2-tétrafluoroéthane en particulier. Dans ce procédé, le 1,1,1,2tétrafluoroéthane est liquéfié sous l'action d'une pression de 6 bar et mis en contact avec la matière première à extraire. Toutefois, le 1,1,1,2- tétrafluoroéthane ayant un pouvoir solvant limité, l'épuisement de la matière première s'effectue par percolations multiples selon la technique bien connue du Soxhlet. Afin de pallier cette contrainte, le brevet GB 2 288 552 (Powell R.) décrit un procédé basé sur le même principe mais utilisant un hydrofluoroéther comme gaz solvant au lieu du 1,1,1 ,2-tétrafluoroéthane. Les hydrofluoroéthers allient les qualités du 1,1,1 ,2-tétrafluoroéthane (innocuité, ininflammabilité, inertie chimique) à un pouvoir solvant nettement plus élevé. Toutefois, dans le procédé décrit, les hydrofluoroéthers utilisés sont caractérisés par un nombre d'atomes de carbone compris entre 2 et 4 ainsi qu'un point d'ébullition compris généralement entre -85 C et 15"C, préférentiellement entre -70"C et -100C. Ces caractéristiques nécessitent l'emploi d'un outil spécifique permettant de liquéfier le gaz solvant sous pression avant et pendant l'extraction. Pour une application industrielle, cette obligation devient une contrainte financière non négligeable puisque l'industriel doit remplacer ou modifier considérablement son outil de production. L'objectif de la présente invention est de proposer un nouveau procédé de solubilisation ou d'insolubilisation d'une molécule ou d'un groupe de molécules organiques dans un solvant ou un mélange de solvants n'impliquant pas les inconvénients cités ci-dessus de l'état de la technique. Notamment, un objectif de la présente invention est de décrire un tel procédé pouvant être mis en oeuvre à la pression atmosphérique et à température ambiante. Encore un autre objectif de la présente invention est de divulguer un tel procédé mettant en oeuvre un solvant ou un mélange de solvants atoxiques. Ces différents objectifs sont atteints grâce à l'invention qui concerne un procédé mettant en oeuvre au moins une étape de solubilisation d'une molécule ou d'un groupe de molécules organiques dans un milieu solvant caractérisé en ce que ledit milieu solvant comprend au moins un hydrofluoroéther choisi dans le groupe constitué par le méthoxy-nonafluorobutane (C4FgOCH3) et son isomère ((CF3)2CFCF2OCH3), l'éthoxy-nonafluorobutane (C4FgOC2Hs) et son isomère ((CF3)2CFCF2OC2Hs), le propoxy-undécafluoropentane (C5FllOC3H7) > ledit hydrofluoroéther présentant une température d'ébullition à la pression atmosphérique comprise entre + 15"C et + 1000C. Le procédé selon l'invention présente l'intérêt majeur de pouvoir être mis en oeuvre à des conditions normales de pression et de température, c'est-à-dire à la pression atmosphérique ou à une pression voisine et à la température ambiante ou une température voisine. Préférentiellement, le procédé selon l'invention sera ainsi mis en oeuvre à température ambiante et à la pression atmosphérique. Dans le cadre de la présente invention, de tels hydrofluoroéthers peuvent être utilisés purs ou en mélange. Outre leur pouvoir solvant élevés, ils présentent l'intérêt d'être non-toxiques, inertes chimiquement, inflammables, incolores, inodores, insipides. De plus, ils montrent une capacité calorifique et une chaleur latente de vaporisation faible. Enfin, ils présentent également l'intérêt de présenter un potentiel de destruction de la couche d'ozone (ODP "Ozone Depletion Potentiel" nul) et de ne pas contribuer à l'effet de serre (GWP "Global Warming Potentiel" faible). Egalement préférentiellement, ledit hydrofluoroéther présente une température d'ébullition à pression atmosphérique comprise entre + 30"C et + 800C. Selon une variante de l'invention, ledit milieu solvant peut inclure, outre au moins un hydrofluoroéther, également au moins un co-solvant. Par co-solvant, on entend toute molécule de quelque nature chimique que se soit ajoutée en quantité variable aux hydrofluoroéthers en vue de modifier les propriétés du mélange ainsi obtenu (pouvoir solvant, ...). Selon la présente invention, les co-solvants préférés ont une toxicité la plus faible possible. A titre d'exemple, mais sans restriction d'aucune sorte, l'éthanol et l'eau sont considérés somme co-solvants dans le cadre de la présente invention. La présente invention peut être mise en oeuvre notamment pour obtenir des extraits de qualité supérieure à partir d'une matière première, et/ou pour purifier et/ou fractionner de tels extraits dans des conditions normales de pression et de température. Lorsque le procédé selon l'invention est mis en oeuvre pour obtenir des extraits de qualité supérieure à partir d'une matière première, le procédé d'obtention de ces nouveaux extraits est conforme à l'état de l'art: mise en contact du ou des hydrofluoroéther(s) contenant ou non un ou des co-solvant(s) avec une matière prernière déterminée par macération simple ou agitée, à froid ou à chaud, par extraction unique ou multiple, pendant des durées plus ou moins longue, etc... D'autres moyens physiques peuvent également être mis en jeu tels que les ultra-sons ou les micro-ondes afin d'optimiser les cinétiques d'extraction, les rendements ou la qualité des extraits. La matière première épuisée à l'issue de l'extraction est séparée du solvant chargé en solutés. Ceux-ci sont concentrés par évaporation du ou des hydrofluoroéther(s) jusqu'à l'obtention de l'extrait. Etant donné les caractéristiques physico-chimiques des hydrofluoroéthers, il n'est pas nécessaire d'exercer une pression particulière avant ou pendant l'extraction. Celle-ci se fait donc à pression atmosphérique. Cette caractéristique de l'invention est importante puisqu'elle permet de substituer les solvants d'extraction traditionnellement utilisés par les hydrofluoroéthers sans modification de l'outil industriel existant. Les extraits obtenus sont caractérisés par : l'absence de toxicité due aux solvants d'extraction, une faible teneur en solvant(s) résiduel(s), une grande pureté et un coût de production faible, tout en respectant les normes environnementales les plus contraignantes. Cette dernière caractéristique des extraits obtenus s'explique par l'absence de modification de l'outil de production et par la régénération aisée des hydrofluoroéthers. Le procédé selon l'invention peut également être mis en oeuvre pour purifier et/ou fractionner des extraits obtenus selon une méthode traditionnelle d'extraction afin d'éliminer, ou à tout le moins abattre fortement la concentration d'une ou des molécule(s) indésirable(s) dans l'extrait. On peut citer, à titre d'exemple de telles molécules, mais sans restriction d'aucune sorte, les solvants d'extraction utilisés dans les méthodes traditionnelles et les pesticides. Le ou les hydrofluoroéther(s) chargé(s) en molécule(s) indésirable(s) sont alors séparé(s) de l'extrait par simple décantation, filtration ou par entraînement azéotropique. Etant donné les caractéristiques physico-chimiques des hydrofluoroéthers de la présente invention, il n'est pas nécessaire d'exercer une pression particulière avant ou pendant la purification et/ou le fractionnement. Celle-ci se fait donc à pression atmosphérique. En outre, toutes les étapes de purification et/ou de fractionnement se déroulent à une température inférieure à 80"C, préférentiellement à température ambiante. Les extraits raffinés ainsi obtenus montrent une diminution importante ou l'absence de molécules indésirables, une faible teneur en solvant(s) résiduel(s), une grande pureté, une intégrité des constituants "nobles" de l'extrait (pas de dégradation thermique), un coût de production faible, tout en respectant les normes environnementales les plus contrainnantes. L'invention couvre également tout extrait ou tout extrait purifié pouvant être obtenu en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. De tels extraits peuvent notamment être constitués par des extraits aromatiques, des principes actifs, des extraits colorants, etc... L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre de quatre exemples non limitatifs de réalisation. Exemple 1: 100 g de fleurs de lavandin grosso broyées et séchées (matière sèche = 85 %) sont mises en contact avec 2 litres de méthoxy-nonafluorobutane (C4FgOCH3) . Le mélange est porté à 45 C et agité pendant 5 heures. Après séparation solide/liquide, le filtrat est évaporé sous vide (250 mbar, 48 C). On récupère un extrait pesant 13,16 grammes et présentant les notes aromatiques caractéristiques du lavandin. Exemple 2: 30 grammes de fleurs séchées et entières de lavandin grosso et 250 g de méthoxy nonafluorobutane (C4FgOCH3) sont introduit dans un broyeur mixeur de type Warring Blender afin de réaliser le broyage des fleurs directement en contact avec le solvant. Après 30 secondes de broyage à 22 C, les fleurs sont séparées du solvant par filtration et rinçées à 2 reprises par 15 ml de solvant frais. Le résidu de lavandin est remis en contact avec la même quantité de solvant frais et réextrait dans les mêmes conditions. Au total 5 extractions successives sont réalisées. Chaque filtrat est évaporé séparément. Les extraits obtenus sont pesés et les résultats reportés au tableau ci-dessous. broyage / extraction 2 1 2 3 4 5 Masse de l'extrait (g) 1.72 0.67 0.58 0.58 0,13 Le rendement global des 5 essais d'extraction est de 12,27 %. La masse totale de l'extrait obtenu est de 3,68 g. Le premier extrait obtenu se présente sous forme d'une huile limpide légèrement colorée en jaune. Son odeur est forte et présente les notes aromatiques caractéristiques des fleurs de lavandin. Exemple 3: Un modèle d'eau blanche est reconstitué en émulsifiant 1% en masse d'huile essentielle de lavandin (obtenue par hydrodistillation traditionnelle) dans de l'eau déminéralisée. L'émulsion ainsi obtenue présente un aspect laiteux caractéristique des eaux blanches. 170 grammes de cette solution sont mis en contact avec des quantités de méthoxy-nonafluorobutane (C4FgOCH3) selon des ratios méthoxy-nonafluorobutane/émulsion (m/m) de 0.01, 0.02, 0.1 et 0.2 par rapport à l'émulsion. Après homogénéisation et décantation le méthoxy-nonafluorobutane chargé d'huile essentielle est soutiré et évaporé sous vide (250 mbar, 48 "C). Un essai supplémentaire est effectué en réalisant 3 lavages successifs du modèle selon un ratio global de 0.3. Le tableau ci-dessous présente les pourcentages d'huile essentielle extraite du modèle en fonction du ratio et exprimée par rapport à la quantité initiale d'huile essentielle dans le modèle. Ratio 0.01 0.02 0.1 0.2 0.3* %d' huile essentiel 38.5 % 44.4 % 67.5 % 72.7 % 83.1 % extraite * résultat obtenu pour 3 lavages Le meilleur résultat est obtenu pour un ratio (méthoxy-nonafluorobutane / modèle) de 0.3 en 3 lavages successifs. Dans ce cas, 83 % de l'huile essentielle émulsionnée est extraite par le méthoxy-nonafluorobutane. Exemple 4: Un modèle d'huile alimentaire à désolvantiser est reconstitué en incorporant 150 ppm d'hexane à une huile de soja commerciale. La teneur exacte en hexane dans l'huile est déterminée selon la méthode IUPAC 2.607 par espace de tête en chromatographie en phase gazeuse (CPG). On désire solubiliser l'hexane résiduel dans le méthoxy-nonafluorobutane et soutirer la solution ainsi obtenue par simple décantation. Le méthoxy -nonafluorobutane est incorporé au modèle selon un ratio (méthoxy-nonafluorobutane / hexane résiduel) de 5. Après homogénéisation et décantation d'une heure à température ambiante (25"C), des prélèvements d'huile sont effectués pour analyse de la teneur en hexane. Les résultats obtenus montrent que 23,5 % de l'hexane initialement présent est extrait de l'huile par le méthoxy-nonafluorobutane en une seule extraction. Les exemples de l'invention ici décrits n'ont pas pour objet de réduire la portée de celle-ci. A ce sujet, on notera que l'invention pourra être mise en oeuvre dans le cadre de tout procédé nécessitant la solubilisation d'une molécule ou d'un groupe de molécule dans un solvant. REVENDICATIONS 1. Procédé mettant en oeuvre au moins une étape de solubilisation d'une molécule ou d'un groupe de molécules organiques dans un milieu solvant caractérisé en ce que ledit milieu solvant comprend au moins un hydrofluoroéther choisi dans le groupe constitué par le méthoxy-nonafluorobutane (C4FgOCH3) et son isomère ((CF3)2CFCF2OCH3), ltéthoxy-nonafluorobutane (C4FgOC2Hs) et son isomère ((CF3)2CFCF2OC2Hs), le propoxy-undécafluoropentane (CsFi 1OC3H7). ledit hydrofluoroéther présentant une température d'ébullition à la pression atmosphérique comprise entre + 15"C et + 1000C. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit hydrofluoroéther présente une température d'ébullition à pression atmosphérique comprise entre + 30"C et + 80"C. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit milieu solvant inclut au moins un co-solvant. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit co-solvant est choisi dans le groupe constitué par l'éthanol et l'eau. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à température ambiante. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à la pression atmosphérique. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour extraire une molécule organique ou un groupe de molécules organiques à partir d'une matière première. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour purifier un extrait d'une molécule organique ou d'un groupe de molécules obtenu par une méthode traditionnelle d'extraction. 9. Extrait obtenu grâce au procédé selon la revendication 7. 10. Extrait purifié obtenu grâce au procédé selon la revendication 8.