Isosorbide
Lâisosorbide est un composĂ© hĂ©tĂ©rocyclique obtenu Ă partir de la double rĂ©action de dĂ©shydratation du sorbitol, lui-mĂȘme issu de la rĂ©action dâhydrogĂ©nation du glucose.
Isosorbide | |
Identification | |
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Nom UICPA | (3R,3aR,6S,6aR)-hexahydrofuro[3,2-b]furan-3,6-diol |
Synonymes |
1,4:3,6-dianhydro-D-sorbitol |
No CAS | |
No ECHA | 100.010.449 |
No CE | 211-492-3 |
PubChem | 12597 |
SMILES | |
InChI | |
Apparence | Ă©caille blanche, trĂšs hygroscopique |
Propriétés chimiques | |
Formule | C6H10O4 [IsomĂšres] |
Masse molaire[1] | 146,141 2 ± 0,006 7 g/mol C 49,31 %, H 6,9 %, O 43,79 %, |
Propriétés physiques | |
T° fusion | 62,5 °C[2] |
T° ébullition | 160 °C à 10 mmHg |
Solubilité | dans l'eau (>850 g·l-1), les alcools et les cétones |
Masse volumique | 1,30 g·cm-3 à 65 °C |
Point dâĂ©clair | >180 °C |
Viscosité dynamique | 30 mPa s à 100 °C |
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
Lâisosorbide est un diol issu des agro-ressources, non toxique, biodĂ©gradable et stable thermiquement.
Lâisosorbide est un monomĂšre qui peut ĂȘtre insĂ©rĂ© dans des chaĂźnes macromolĂ©culaires de type polymĂšres (polycarbonates, polyurĂ©thanes, polyestersâŠ). Il est Ă©galement utilisĂ© pour la synthĂšse de dĂ©rivĂ©s tels que les diesters, diĂ©thers, dinitratesâŠ
Lâisosorbide est considĂ©rĂ© comme synthon donnant accĂšs Ă une nouvelle plateforme chimique dâintĂ©rĂȘt puisquâil est issu du vĂ©gĂ©tal et permet dâobtenir de nombreux dĂ©rivĂ©s aux propriĂ©tĂ©s Ă©gales voire supĂ©rieures Ă leurs homologues de la pĂ©trochimie.
Origine
Les premiĂšres recherches sur lâisosorbide ont Ă©tĂ© effectuĂ©es en 1946 par H.G. Fletcher, R.C. Hockett, R. Montgomerry et L.F. Wiggins[3]. Plusieurs articles paraissent dans le Journal de la SociĂ©tĂ© Chimique AmĂ©ricaine notamment lâarticle « Structure of Isosorbide, a cristalline dianhydrosorbitol » Ă©crit par H.G. Fletcher et R.C. Hockett[4]. En 1986, un article paraĂźt dans StĂ€rke no 38 par G. FlĂšche et M. Huchette intitulĂ© « Isosorbide : Preparation, Properties and Chemistry[5] », cet article fait toujours rĂ©fĂ©rence. En 1992, en relation avec le Laboratoire des MatĂ©riaux MacromolĂ©culaires du Pr Pascault de lâINSA de Lyon, Roquette FrĂšres[6] finança une thĂšse de doctorat sur les propriĂ©tĂ©s de lâisosorbide dans lâĂ©laboration de polymĂšres fonctionnels. Ce diol isosorbide est dĂ©sormais une des piĂšces maĂźtresses du programme BioHub[7], programme de recherche lancĂ© en 2006 et soutenu par OSEO (Agence française pour lâinnovation). Dans ce programme de chimie durable, lâisosorbide est Ă©tudiĂ© comme monomĂšre dâorigine renouvelable pour de nouveaux polymĂšres et dĂ©rivĂ©s.
Propriétés physico-chimiques
Propriétés chimiques
La molĂ©cule dâisosorbide est constituĂ©e de deux cycles tĂ©trahydrofuranes fusionnĂ©s et de deux groupements alcools substituĂ©s en position 2 et 5 respectivement en exo et en endo (voir figure de droite). Sa formule brute est C6H10O4 et il a deux isomĂšres : lâisomannide et lâisoidide. Ces trois isomĂšres diffĂšrent par la configuration relative de leurs groupes hydroxyles. Lâisosorbide est le diol le plus Ă©tudiĂ© car il est le plus accessible. La chiralitĂ© de lâisosorbide influe sur sa rĂ©activitĂ©. En effet, le groupement hydroxyle endo en position 5 peut former une liaison hydrogĂšne avec lâoxygĂšne du cycle adjacent (voir figure de gauche). Cette liaison intra-molĂ©culaire tend Ă accroĂźtre la nuclĂ©ophilie de lâoxygĂšne O-5 et donc sa rĂ©activitĂ©. Ă lâinverse, lâencombrement stĂ©rique provoquĂ© par cette mĂȘme liaison tend Ă diminuer la rĂ©activitĂ©. Ainsi, les conditions expĂ©rimentales qui tendront Ă diminuer la force de la liaison hydrogĂšne favoriseront plutĂŽt des rĂ©actions en position 2. Inversement, les conditions ne perturbant pas la liaison intra-molĂ©culaire favoriseront la sĂ©lectivitĂ© en position 5[8].
Propriétés physiques
Lâisosorbide est un solide blanc soluble dans lâeau, les alcools et les cĂ©tones et presque insoluble dans les hydrocarbures, les Ă©thers et les esters.
Lâisosorbide est trĂšs hygroscopique, c'est-Ă -dire quâil a tendance Ă absorber lâhumiditĂ© environnementale par absorption ou par adsorption.
Lâisosorbide est non-toxique et stable Ă la chaleur. Cette molĂ©cule ne se dĂ©compose quâĂ partir de 270 °C en lâabsence dâoxygĂšne.
Autres propriétés
LâintĂ©rĂȘt de lâisosorbide dans les polymĂšres sâexplique par la rigiditĂ©[9] apportĂ©e par les deux cycles de lâisosorbide qui provoque une augmentation de la tempĂ©rature de transition vitreuse (T°g). Cette augmentation engendre une amĂ©lioration des propriĂ©tĂ©s mĂ©caniques du polymĂšre. Il est nĂ©cessaire dâutiliser un isosorbide de haute puretĂ© pour ce type dâapplication (brevet Du Pont[10]).
Producteurs (en quantités industrielles)
Historiquement, lâisosorbide est produit en petites quantitĂ©s pour les domaines de la pharmacie et de la cosmĂ©tique. Roquette a dĂ©marrĂ© en Ă Lestrem (France) une nouvelle unitĂ© industrielle dâisosorbide dâune capacitĂ© de plusieurs milliers de tonnes par an pour les marchĂ©s actuels et les marchĂ©s en dĂ©veloppement. En , lâASEA (AutoritĂ© EuropĂ©enne de SĂ©curitĂ© des Aliments) a donnĂ© un avis positif pour lâutilisation de lâisosorbide en tant que monomĂšre pour le polytĂ©rĂ©phtalate d'Ă©thylĂšne (PET) Ă usage alimentaire[11].
Marchés actuels
Isosorbide
Lâisosorbide est un composĂ© Ă propriĂ©tĂ© diurĂ©tique employĂ© en pharmacie. Il est utilisĂ© au Japon pour traiter la maladie de MeniĂšre[12]. Cette maladie touche lâoreille interne et provoque des vertiges, des acouphĂšnes et une baisse dâaudition.
Mononitrate et dinitrate d'isosorbide
Le mononitrate et le dinitrate d'isosorbide sont des substances utilisĂ©es en pharmacie comme vasodilatateur. La vasodilatation permet de dilater les vaisseaux sanguins et donc dâaugmenter le dĂ©bit sanguin vers le cĆur. Ils sont utilisĂ©s dans le traitement prĂ©ventif des crises dâangine de poitrine, dans le traitement de lâinsuffisance cardiaque ou pour les fissures anales.
Marchés en développement
PolyéthylÚne isosorbide téréphtalate
Le polytĂ©rĂ©phtalate d'Ă©thylĂšne (PET) est obtenu Ă partir dâacide tĂ©rĂ©phtalique et dâĂ©thylĂšne glycol. Le polyĂ©thylĂšne isosorbide tĂ©rĂ©phtalate est, quant Ă lui, obtenu par rĂ©action de lâacide tĂ©rĂ©phtalique avec lâĂ©thylĂšne glycol et lâisosorbide. Dans lâapplication pour des bouteilles en PET, lâajout dâisosorbide permet dâaugmenter la tempĂ©rature de transition vitreuse du PET et donc dâĂ©largir son spectre dâutilisation Ă dâautres applications comme le remplissage Ă chaud de bouteilles (jus de fruits, thĂ©âŠ)[13].
Polycarbonates
Les polycarbonates sont issus de la rĂ©action de polycondensation du bisphĂ©nol A[14] et dâun carbonate ; lâisosorbide peut substituer le BisphĂ©nol A[15] pour permettre notamment de rĂ©duire le phĂ©nomĂšne de birĂ©fringence et dâapporter des propriĂ©tĂ©s physico-chimiques et mĂ©caniques amĂ©liorĂ©es.
Autres polymĂšres Ă base d'Isosorbide
Lâisosorbide peut entrer dans la composition de nombreux polymĂšres tels que les rĂ©sines polyesters (polyisosorbidesuccinates), les polyurĂ©thanes[9] et les Polysulfones[16]⊠Lâisosorbide peut aussi ĂȘtre utilisĂ© comme allongeur de chaĂźne dans certains types de polyurĂ©thanes et remplacer certains diols comme le butanediol. De par sa nature, diol et cyclique, lâisosorbide peut entrer dans la composition de nombreux polyesters ou copolyesters, pour l'Ă©laboration de matĂ©riaux de hautes performances. Le domaine d'applications concerne les composites, revĂȘtements, poudres, articles transparents rĂ©sistants Ă la tempĂ©ratureâŠ
Diesters d'isosorbide
Les diesters dâisosorbide sont obtenus par la double rĂ©action dâestĂ©rification de lâisosorbide avec des acides gras de longues chaĂźnes. Ils possĂšdent dâexcellentes propriĂ©tĂ©s plastifiantes pour le PVC et reprĂ©sentent une nouvelle gĂ©nĂ©ration de plastifiants biosourcĂ©s pour les PVC flexibles. Aujourdâhui, les principaux plastifiants du PVC sont issus de la famille des phtalates. Le dĂ©veloppement de ces diesters d'isosorbide est inclus dans le programme dâinnovation ouverte BioHub[7] et est lâun des laurĂ©ats du Prix Pierre Potier[17] 2009 : « Chimie pour un dĂ©veloppement durable ». Les diesters d'isosorbide sont susceptibles d'ĂȘtre utilisĂ©s en remplacement des phtalates, Ă©poxydes ou phosphates.
Diméthylisosorbide
Le dimĂ©thylisosorbide (DMI), obtenu par mĂ©thylation de lâisosorbide, possĂšde dâexcellentes propriĂ©tĂ©s co-solvantes et hydrotropes. Pour le moment, il est essentiellement utilisĂ© dans des produits cosmĂ©tiques et pharmaceutiques (autobronzant, lotion pour la peau, crĂšmes anti acnĂ©iques,âŠ). Le dimĂ©thylisosorbide est fabriquĂ© par les sociĂ©tĂ©s suivantes : Croda[18] (ArlasolveTM DMI[19]), Dottikon[20] âŠ
Notes et références
- Masse molaire calculĂ©e dâaprĂšs « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- (en) « Isosorbide », sur ChemIDplus, consulté le 2 juillet 2010
- MM. MONTGOMERRY et WIGGINS, Journal of Chemical Society. 390 (1946)
- Article de MM. HOCKETT et FLETCHER ; « Structure of Isosorbide, a cristalline dianhydrosorbitol » ; Journal of the American Chemical Society (1946), 68927-30
- Article de MM. FLECHE et HUCHETTE ; « Isosorbide : Preparation, Properties and Chemistry » ; StÀrke no 38)
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- [Rapport bibliographique : « Voies dâaccĂšs aux monoesters dâisosorbide et Ă des motifs hydrophiles de type polyisosorbide » par E. BUHAN, J.M. AUBRY, V. MOLINIER (ENSCL) et T. FERON (Roquette FrĂšres).].
- [« Isosorbide, un diol vert pour la chimie du polyester et du polyuréthane » par Pr Pascault, Ingénierie des Matériaux PolymÚres (IMP), UMR CNRS #5223 Laboratoire des Matériaux Macromoléculaires, INSA Lyon].
- [Brevet Du Pont WO 00/41985].
- [CommuniquĂ© de presse Roquette « NOUVELLE PRODUCTION INDUSTRIELLE DâISOSORBIDE »].
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- J.C. Bersot et al., « Efficiency Increase of Poly (ethylene terephthalateâcoâisosorbide terephthalate) Synthesis using Bimetallic Catalytic Systems », Macromol. Chem. Phys., vol. 212, no 19,â , p. 2114-2120 (DOI 10.1002/macp.201100146)
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- (Publication de Chatti).
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