Brevet FR3020056A1 — publié le 20151023

Procédé de préparation d'acides minéraux d'origine naturelle et utilisation des acides obtenus en synthèse organique La chimie est une discipline en pleine mutation : le concept de Chimie verte exprimé à travers le Réseau international «Green and Sustainable Chemistry Network », la réglementation chimique européenne REACH, le rapport du MEDDEM (Ministère de l'Écologie, de 'Énergie, du Développement durable et de la Mer) paru le 23 mars 2010, la conférence environnementale de septembre 2013 plaçant la chimie verte comme une des filières vertes d'avenir, l'élaboration d'un grand scénario de chimie écologique et durable par le Ministère de l'Industrie nippone ou encore les -Stratégies Nationales de la Recherche de 2014 et les perspectives Horizon 2020 en témoignent. Les perspectives économiques de la chimie verte sont sans précédent et étayent les recommandations nationales. Il est prévu une augmentation rapide du marché : selon les données de septembre 2013 d'EcoChem, le marché devrait être multiplié d'un facteur 70 en 9 ans. Les grands groupes industriels, notamment dans le domaine des cosmétiques sont déjà très engagés dans cette démarche. Ils sont à la recherche d'innovations de rupture capables de garantir un label "naturel" à leurs produits de synthèse. Le besoin et la recherche de naturalité conduit au durcissement des normes des procédés mis en oeuvre. Les inventeurs de la présente demande de brevet viennent de montrer pour la première fois, qu'il était possible de répondre aux exigences de certaines normes européennes définies par exemple par l'EFFA (European Flavour Association) (par exemple le réglement (EC) N° 1334/2008) en synthétisant par voie verte et biosourcée des acides minéraux tels que les hydracides. L'utilisation « one pot » dans la synthèse de biomolécules permet le développement de conditions opératoires qui peuvent s'inscrire dans la réglementation très stricte de l'EFFA. Il s'agit d'une véritable innovation dans la synthèse de composés nécessitant une catalyse de type Briinsted. Le principe général repose sur l'utilisation d'acides organiques naturels abondants dans certaines espèces végétales et leur mise en réaction avec des sels alcalins eux-mêmes d'origine naturelle. La présente demande a donc pour premier objet un procédé de préparation d'un acide minéral caractérisé en ce que l'on fait réagir un acide organique d'origine naturelle, de préférence végétale, sur un sel alcalin d'origine naturelle. La présente demande a particulièrement pour objet un procédé caractérisé en que la réaction utilisant comme produit de départ un acide organique d'origine végétale est mise en oeuvre à partir de plantes ou de parties de plantes contenant au moins un acide organique sans isolation dudit ou desdits acides organiques. La présente demande a plus particulièrement pour objet un procédé caractérisé en ce que l'acide organique d'origine végétale est choisi parmi l'acide oxalique, un alphahydroxyacide choisi parmi l'acide citrique, l'acide glycolique, l'acide lactique, l'acide tartrique, l'acide malique ou l'acide mandélique, de préférence l'acide oxalique. Pami les plantes qui peuvent être utilisées on peut citer les familles végétales riches en acide oxalique telles que les Polygonacées (ex : Rumex acetosa, Rumex acetosella, Rumex crispus, Polygonum cuspidum, les feuilles de rhubarbe (Rheum rhubarbumsp) les oxalidacées (ex : la petite oseille ou Oxalis acetosella L. ), des apiacées (ex : le persil, Petroselinum crispum), des Amaryllidacées (ex la ciboulette, Allium schoenoprasum), des Portulacacées (ex : pourpier, Portulaca oleracea), de betterave (Beta vulgaris), les théacées (ex : les racines de Camellia sinensis et plus particulièrement le thé noir), des Amaranthacées (Amaranthus retroflexus) ou Chenopodiacées, en particulier la sous-famile des Chénopodioidées (ex : les feuilles de betterave ou Beta vulgaris, le chénopode blanc (Chenopodium album), Chenopodium pumilio, Kochia sieversiana, Halogeton glomeratus), des Amaranthacées (Amaranthus retroflexus), la famille des Casuarinacées (ex : les aiguilles de cladodes de platyopuntia). Etant donné qu'un grand nombre des espèces citées sont invasives, le procédé de la présente demande présente un grand intérêt dans la valorisation de ressources naturelles indésirables. La présente demande a donc plus particulièrement pour objet un procédé caractérisé en ce que lorsque l'acide organique utilisé est l'acide oxalique, la réaction est mise en oeuvre avec des parties de plantes, de préférence les feuilles de Polygonacées choisies de préférence parmi Rumex acetosa, Rumex acetosella, Rumex crispus, Polygonum cuspidum, la rhubarbe (Rheum rhubarbumsp), d'oxalidacées de 3 3020056 de préférence la petite oseille (Oxalis acetosella L.), d'apiacées de préférence le persil, (Petroselinum crispum), d'Amaryllidacées de préférence la ciboulette (Allium schoenoprasum), de Portulacacées de préférence le pourpier (Portulaca oleracea), de betterave (Beta vulgaris), de théacées de préférence les racines de Camellia sinensis, 5 de préférence le thé noir, d'Amaranthacées de préférence Amaranthus retroflexus de Chenopodiacées, de préférence la sous-famile des Chénopodioidées de préférence les feuilles de betterave (Beta vulgaris), le chénopode blanc (Chenopodium album) Chenopodium pumilio, Kochia sieversiana, Halogeton glomeratus), des Amaranthacées de préférence Amaranthus retroflexus. . 10 Cette possibilité est illustrée avec la réaction du chlorure de sodium d'origine marine et une plante comme l'oseille, les feuilles de rhubarbe ou le chénopode blanc, La richesse en acide oxalique permet la formation d'acide chlorhydrique naturel à des concentrations pouvant atteindre 5M. La présente demande a donc plus particulièrement pour objet un procédé 15 caractérisé en ce que lorsque l'acide organique utilisé est l'acide oxalique, la réaction est mise en oeuvre avec des parties de plantes, de préférences les feuilles d'oseille, de rhubarbe, de betterave ou de chénopode blanc, notamment d'oseille. La réaction peut également être mise en oeuvre avec des parties de plantes, notamment les feuilles de rhubarbe, ou les feuilles de betterave ou les feuilles de chénopode blanc. 20 La distillation azéotropique du mélange permet la formation des hydracides et leur utilisation directe en synthèse organique. distillation [ R-COOH] + MX HX azéotropique Un exemple de mise en oeuvre de la présente invention avec de l'oseille est illustré ci-dessous : 25 Oseille + NaC1 => HCL [Figure 1] 30 1 - La matière première végétale : 38 g d'oseille (riche en acide oxalique), sont soumis à un simple broyage, assisté éventuellement d'un léger chauffage et mixage, destiné à fracturer les cellules végétales. On obtient alors une solution aqueuse concentrée en acide oxalique et donc fortement acide (pFL2,5). Une élimination préalable de la matière végétale par filtration peut être réalisée. 2- L'ajout de chlorure de sodium (10g) au milieu aqueux précédent suivi d'une mise à reflux, une distillation de l'azéotrope HC1-H20 permet de recuillir une fraction de 10 mL d'HCl aqueux très acide dont le pH est de zéro (mesure au pH-mètre). 3-Le distillat peut être directement introduit dans le milieu réactionnel de la réaction à catalyser. Le pH final de la solution après distillation est fonction du temps de distillation. Avant distillation, la solution (jaune) qui a un volume V comporte un nombre N de moles "d' HC1 " que l'on veut récupérer. En première phase de la distillation, c'est l'azéotrope contenant ces N moles qui distillent en premier. Ensuite l'eau continue à bouillir si bien que l'on assiste ensuite à une dilution de l'azéotrope. En conclusion, si l'on recherche une solution très concentrée en HC1, il faut récupérer les fractions de tête. De façon encore plus surprenante, la même méthode peut être appliquée aux fruits et produits apparentés riches en alpha-hydroxacides (AHA). Il s'agit de l'acide citrique (citrons et autres agrumes), acide glycolique (canne à sucre), acide lactique (tomates), acide tartrique (raisin), acide malique (pomme), acide mandélique (amandes). La présente demande a donc également pour objet un procédé caractérisé en ce que lorsque l'acide organique utilisé est un alpha-hydroxyacide, la réaction est mise en oeuvre avec des parties de plantes, de préférences les fruits, d'agrumes de préférence le citron, de la canne à sucre, des tomates, du raisin, des pommes ou des amandes. Certains acides, comme par exemple l'acide citrique, sont nettement plus faibles que l'acide oxalique, mais l'absence de sels basiques et la présence de sels complexants naturellement présents permettent de contourner le problème de leur acidité moindre. Un exemple de mise en oeuvre de la présente invention avec un agrume est illustré ci-dessous : - Cas des agrumes tels que le jus de citron jaune ou vert Le pH du citron jaune est compris entre 2,2 et 2,4 et alors que le citron vert va de 1,8 à 2,0. Le citron est donc beaucoup plus acide que l'oseille (2,5-3,2) ou la rhubarbe (3,1- 3,4). Ce paradoxe apparent au seul regard des pka de l'acide citrique et de l'acide oxalique, peut s'expliquer. Les valeurs des deux premiers pKa de l'acide citrique (pk H4Cit = 3,8, pK H3Cit- pl(= 4,8) sont sensiblement plus élevés que les valeurs de pH attribuées au citron. C'est donc qu'il y a renforcement de l'acidité du fruit du fait de la complexation des anions citrates avec des cations métalliques présents dans le fruit. L'acidité du produit naturel est donc renforcée. Le mélange jus de citron verte (ou lime acide) et sel marin permet de préparer de l'acide chlorhydrique dans des conditions très efficaces. La température d'ébullition de l'acide citrique est nettement supérieure à celle de l'eau, mais n'empêche pas la récupération d'acide chlorhydrique. De même, le mélange du citron vert et d'une plante riche en nitrate (laitue fraiche, épinard, betterave...) peut être le point de départ de la production d'acide nitrique végétal. - Cas du vinaigre Pour ce qui concerne le vinaigre, le fait que l'acide acétique bout à une température proche de celle de l'eau n'est pas favorable. Cependant, l'acidité du vinaigre est favorisée par l'introduction des ions ferreux sous forme chlorure : CH3COOH + Fe2+ Fe(Ac0)+ + H+ Si à l'équilibre AcOH et Fe2+ sont égaux à 10-2 M, le pH est de 2,7, ce qui est satisfaisant au niveau du gain d'acidité. La présente demande a donc également pour objet un procédé caractérisé en ce que lorsque l'acide organique utilisé est l'acide acétique, la réaction est mise en oeuvre avec du vinaigre et plus particulièrement en ce que lorsque la réaction est mise en oeuvre avec du vinaigre, la réaction sur un sel alcalin d'origine naturelle est effectuée en présence d'un apporteur d'ions ferreux, de préférence le chlorure ferreux. Le principe de préparation du HC1 végétal peut être étendu à d'autres acides minéraux tels que HBr, HI en utilisant les bromures et iodures alcalins d'origine marine. La présente demande a donc également pour objet un procédé caractérisé en ce que le sel utilisé est choisi parmi les sels de sodium, potassium et lithium sous forme de fluorures, de chlorures, de bromures d'iodure ou de nitrate, de préférence le chlorure de sodium. De même, il est possible de préparer HNO3 naturel. Ainsi si l'on dispose d'une source suffisante de nitrate (salpêtre, céleri, mâche, laitue fraiche, carotte, céleri, endives, mâche, radis, persil, épinards, betterave rouge, lisiers, guano, nitratine), il est tout à fait possible d'obtenir de l'acide nitrique en utilisant les feuilles d'une plante dont les feuilles sont riches en acide oxalique (ex : oseille, rhubarbe, betterave rouge) comme donneur de protons. La présente demande a donc également pour objet un procédé caractérisé en ce que le sel utilisé est un nitrate d'origine naturelle de préférence le salpêtre, le guano, la nitratine les lisiers ou d'origine végétale de préférence des feuilles de céleri, mâche, laitue fraiche, carotte, céleri, endives, mâche, radis, persil, épinards, betterave rouge. Le caractère nitrophile du chénopode blanc, associé à sa haute teneur naturelle en acide oxalique, peut même constituer une source « one-plant » d'acide nitrique, si la plante a été récoltée sur des sols riches en nitrates. Certaines plantes peuvent contenir plusieurs précurseurs d'acides minéraux, éventuellement placés dans des parties différentes de la plante considérée. Cela est le cas du persil et de la betterave qui contiennent à la fois de l'acide oxalique et des nitrates. Dans le cas de la betterave, les nitrates se trouvent dans le bulbe et l'acide oxalique dans les feuilles30 La laitue fraiche récoltée en hiver pour maximiser son stockage de nitrate est également une excellente source de nitrates naturels (entre 2 500 et 6 500 mg NO3- kg-de nitrate rapporté à la matière fraiche). Un exemple de mise en oeuvre de la présente invention pour préparer de l'acide nitrique est illustré ci-dessous : Selon un protocole typique et général, 50 g de feuilles de chénode blanc sont broyées avec une laitue fraiche. Le mélange est légèrement chauffé (aux alentours de 50°C pendant quelques minutes). Le milieu est soumis à une distillation azéotropique d'obtenir de l'acide nitrique végétal, L'acide nitrique donne un azéotrope qui bout à 121°C et contient 68% d'acide et 32% d'eau. L'acide fluorhydrique, HF, végétal peut aussi être préparé selon le même principe. Les ressources naturelles organiques en fluorure alcalin sont moins abondantes. Le thé, les crustacés, saumons ou maquereaux en contiennent des quantités faibles. Il est donc préférable d'utiliser des minerais comme source de F. La présente demande a donc également pour objet un procédé caractérisé en ce que l'acide minéral obtenu est l'acide fluorhydrique, chlorhydrique, l'acide bromhydrique, l'acide iodhydrique ou l'acide nitrique, de préférence l'acide chlorhydrique. La méthode peut également être adaptée à la préparation d'acide sulfurique végétal. Il existe un azéotrope H2SO4 98,3% H2O qui bout à 337°C avec libération de S03. Si l'on part d'une solution aqueuse diluée, l'azéotrope n'apparaitra lorsque la presque totalité de l'eau aura distillée. Les hyperaccumulateurs de Nickel récoltés en Nouvelle Calédonie et dont la liste figure dans la demande de brevet international WO 2011/064487 sont riches en sulfates et peuvent être utilisées dans les conditions décrites dans la présente demande pour obtenir de l'acide sulfurique d'origine végétale. On peut citer notamment les plantes suivantes : Psychotria douarrei ou Thlaspi (Noccacea) caerulescens. HX % acide (/eau) température d'ébullition de l'azéotrope HNO3 68 120 HF 37 120 HC1 24 110 HBr 47,5 126 HI 57 127 La présente demande a également pour objet un procédé caractérisé en ce que l'acide minéral obtenu par action d'un acide organique d'origine naturelle, de préférence végétale, sur un sel alcalin d'origine naturelle est isolé du milieu par distillation azéotropique et utilisé directement dans une synthèse organique. L'utilisation de ces hydracides d'origine végétale permet la synthèse one-pot de biomolécules par catalyse de Bffinsted sans aucune perte d'activité. La présente demande a également pour objet un procédé caractérisé en ce que l'acide minéral, de préférence l'acide chlorhydrique, obtenu par action d'un acide organique d'origine naturelle, de préférence l'acide oxalique contenu dans de l'oseille, les feuilles de la rhubarbe, de betterave ou du chénopode blanc, de préférence les feuilles de betterave, sur un sel alcalin d'origine naturelle, de préférence le chlorure de sodium d'origine marine, est isolé du milieu par distillation azéotropique et ajouté directement dans un milieu réactionnel différent en vue de la réalisation d'une synthèse organique de préférence une estérification. Cette propriété est illustrée par une réaction clé : la réaction d'estérification ; elle est exemplifiée par la préparation d'esters dérivés d'acides organiques naturels ; Il s'agit d'une transformation très recherchée, car elle permet d'augmenter la fluidité, la légèreté et le pouvoir pénétrant des dérivés cosmétiques. Outre son efficacité, le procédé permet de réaliser en une seule opération : - préparation d'acîde minéral végétal ; - consommation directe de l'acide produit dans une transformation synthétique d'intérêt. Cet enchainement production-utilisation d'acide minéral végétal, basé sur des matières premières bio-sourcées et sur des conditions expérimentales sobres et contrôlées, permettent de qualifier les produits obtenus de matériaux naturels ou bio. La présente demande a donc également pour objet un procédé caractérisé en ce que l'acide minéral, de préférence l'acide chlorhydrique, obtenu par action de l'acide oxalique contenu dans des feuilles de betterave, sur du chlorure de sodium d'origine marine, est isolé du milieu par distillation azéotropique et ajouté directement dans un milieu réactionnel contenant un acide organique de formule RCOOH et un alcool de formule R'OH dans lesquelles R et R' identiques ou différents représentent, pour R un radical alkyle, cycloalkyle ou aryle éventuellement substitué et pour R' radical alkyle ou cycloalkyle éventuellement substitué pour obtenir un ester de formule RCOOR'. On obtient ainsi la réaction suivante: RCOOH + R'OH-->RCOOR' Les radicaux R = alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone, cycloalkyle ayant de 3 à 7 atomes de carbone, aryle ayant de 5 à 10 atomes de carbone et R' = alkyle ayant de 1 à 6 atomes de carbone, cycloalkyle ayant de 3 à 7 atomes de carbone peuvent être substitués ou fonctionnalisés par un ou plusieurs groupe(s) alcool(s) ou un plusieurs groupe(s) acide(s), ou par un simple squelette carboné). La mesure de la quantité de HC1 libérée peut aussi constituer un moyen analytique très simple pour évaluer la teneur en acide oxalique dans une matière organique très complexe. La présente demande a donc également pour objet un procédé de dosage de la quantité d'acide organique contenu dans une plante caractérisé en ce que l'on fait agir des parties de ladite plante, de préférence les feuilles, avec un sel alcalin et par la mesure de la quantité d'acide minéral formé on en déduit la quantité d'acide organique contenue dans la plante. 10 3020056 Le schéma ci-dessous constitue un exemple de montage pouvant être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention dans lequel l'acide minéral obtenu par action d'un acide organique d'origine naturelle sur un sel alcalin d'origine naturelle, de préférence le chlorure de sodium d'origine marine, est isolé du milieu par 5 distillation azéotropique et ajouté directement dans un milieu réactionnel différent en vue de la réalisation d'une synthèse organique par exemple une estérification. [Figure 2] 10 Ce montage peut être mis en oeuvre de façon très avantageuse du point de vue industriel. Dans certains cas l'homme du métier pourra également exécuter le procédé de l'invention en isolant d'abord l'acide minéral du milieu réactionnel contenant les résidus de plantes et un sel alcalin d'origine naturelle avant de faire agir ledit acide minéral sur le mélange réactionnel préparé en vue de la réalisation d'une synthèse 15 organique par exemple une estérification. 11 REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'un acide minéral caractérisé en ce que l'on fait réagir un acide organique d'origine naturelle, de préférence végétale, sur un sel alcalin d'origine naturelle. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la réaction utilisant comme produit de départ un acide organique d'origine végétale est mise en oeuvre à partir de 10 plantes ou de parties de plantes contenant au moins un acide organique sans isolation dudit ou desdits acides organiques. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'acide organique d'origine végétale est choisi parmi l'acide oxalique, un alpha-hydroxyacide choisi 15 parmi l'acide citrique, l'acide glycolique, l'acide lactique, l'acide tartrique, l'acide malique ou l'acide mandélique, de préférence l'acide oxalique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que lorsque l'acide organique utilisé est l'acide oxalique, la réaction est mise en oeuvre avec des parties de 20 plantes, de préférence les feuilles de Polygonacées choisies de préférence parmi Rumex acetosa, Rumex acetosella, Rumex crispus, Polygonum cuspidum, la rhubarbe (Rheum rhubarbumsp), d'oxalidacées de préférence la petite oseille (Oxalis acetosella L.), d'apiacées de préférence le persil, (Petroselinum crispum), d'Amaryllidacées de préférence la ciboulette (Allium schoenoprasum), de Portulacacées de préférence le 25 pourpier (Portulaca oleracea), de betterave (Beta vulgaris), de théacées de préférence les racines de Camellia sinensis, de préférence le thé noir, d'Amaranthacées de préférence Amaranthus retroflexus de Chenopodiacées, de préférence la sous-famile des Chénopodioidées de préférence les feuilles de betterave (Beta vulgaris), le chénopode blanc (Chenopodium album) Chenopodium pumilio, Kochia sieversiana, 30 Halogeton glomeratus), des Amaranthacées de préférence Amaranthus retroflexus. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que lorsque l'acide organique utilisé est l'acide oxalique, la réaction est mise en oeuvre avec des parties de 12 30200566. 7. 8. 9. plantes, de préférences les feuilles, d'oseille, de rhubarbe ou de chénopode blanc, de préférence l'oseille. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que lorsque l'acide organique utilisé est un alpha-hydroxyacide, la réaction est mise en oeuvre avec des parties de plantes, de préférences les fruits, d'agrumes de préférence le citron, de la canne à sucre, des tomates, du raisin, des pommes ou des amandes. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que lorsque l'acide organique utilisé est l'acide acétique, la réaction est mise en oeuvre avec du vinaigre. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 7 caractérisé en ce que lorsque la réaction est mise en oeuvre avec du vinaigre, la réaction sur un sel alcalin d'origine naturelle est effectuée en présence d'un apporteur d'ions ferreux, de préférence le chlorure ferreux. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que en ce le sel alcalin utilisé est choisi parmi les sels de sodium, potassium et lithium sous forme de fluorures, de chlorures, de bromures, d'iodure ou de nitrate, de préférence le chlorure de sodium. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le sel alcalin utilisé est un nitrate d'origine naturelle de préférence le salpêtre, le guano, la nitratine les lisiers ou d'origine végétale de préférence des feuilles de céleri, mâche, laitue fraiche, carotte, céleri, endives, mâche, radis, persil, épinards, betterave rouge. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé que l'acide minéral obtenu est l'acide fluorhydrique, chlorhydrique, l'acide bromhydrique, l'acide iodhydrique ou l'acide nitrique, de préférence l'acide chlorhydrique. 30 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que l'acide minéral obtenu par action d'un acide organique d'origine naturelle, de préférence végétale, sur un sel alcalin d'origine naturelle est isolé du milieu par distillation azéotropique et utilisé directement dans une synthèse organique. 35 13 3020056 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que l'acide minéral, de préférence l'acide chlorhydrique, obtenu par action d'un acide organique d'origine naturelle, de préférence l'acide oxalique contenu dans de l'oseille, de la rhubarbe ou du chénopode blanc, de préférence l'oseille, sur un sel alcalin d'origine naturelle, de 5 préférence le chlorure de sodium d'origine marine, est isolé du milieu par distillation azéotropique et ajouté directement dans un milieu réactionnel différent en vue de la réalisation d'une synthèse organique de préférence une estérification. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13 caractérisé en ce que l'acide minéral, de 10 préférence l'acide chlorhydrique, obtenu par action de l'acide oxalique contenu dans des feuilles d'oseille, sur du chlorure de sodium d'origine marine, est isolé du milieu par distillation azéotropique et ajouté directement dans un milieu réactionnel contenant un acide organique de formule RCOOH et un alcool de formule R'OH dans lesquelles R et R' identiques ou différents représentent pour R un radical alkyle, 15 cycloalkyle ou aryle éventuellement substitué et pour R' radical alkyle ou cycloalkyle éventuellement substitué pour obtenir un ester de formule RCOOR'.