Le monoxyde de carbone (CO) est utilisé par l'industrie pétrochimique pour produire les briques de base de polymères (monomères) tels que des polyesters ou des polyuréthanes. L'opération, appelée carbonylation, consiste à ajouter un monoxyde de carbone dans un composé chimique.

Dans une perspective d'économie circulaire du carbone et de gestion durable des ressources, les chimistes de l'Iramis cherchent à optimiser l'utilisation industrielle de CO en le produisant à partir de CO₂ et en recourant de préférence à des catalyseurs non métalliques.

Carbonylation des lactones ou des époxydes avec un co-catalyseur non métallique

Dans une première étude, les chercheurs se sont intéressés à la carbonylation de lactones (hétérocycles oxygénés présents notamment dans des arômes alimentaires) et d'époxydes (composés contenant un atome d'oxygène ponté sur une liaison C-C, dont un polymère est ​​un composant de colles époxy) : une famille de réactions développées au début des années 2000 en Amérique du nord ayant vocation à être industrialisée.

Les chimistes montrent qu'il est possible de remplacer le co-catalyseur utilisé aujourd'hui avec du cobalt – un complexe d'aluminium ou de chrome – par des cations fluorophosphonium (R₃PF⁺). Ces cations activent la réaction sans piéger d'intermédiaire catalytique et leur propriété chimique peut être modulée en variant les groupes fonctionnels greffés sur l'atome de phosphore de R₃PF⁺.

Carbonylation de l'acide acrylique en anhydre succinique

Une seconde étude de l'Iramis révèle une nouvelle réaction catalytique pour la carbonylation de l'acide acrylique (CH₂=CHCOOH) en anhydride succinique C₄H₄O₃, un monomère de polyesters produit aujourd'hui à partir de pétrole. C'est une première qui ouvre la voie à la synthèse d'anhydride succinique à partir de composés qui peuvent être facilement biosourcés (acide acrylique et CO). Un brevet a été déposé.

Ces travaux se poursuivent avec le dépôt d'autres brevets, le couplage des réactions catalytiques avec la production de CO par électroréduction de CO₂ et l'étude de réactions substituant des acides carboxyliques insaturés (notamment des acides gras issus de triglycérides) à l'acide acrylique, pour former des monomères à longues chaînes grasses pour des applications différentes.

Ils ont bénéficié de soutiens expérimentaux en matière de mécanique (réalisation de réacteurs sous pression) et de sécurité (manipulation de gaz toxiques).