Produire des sucres sans passer par la photosynthèse, leur principal processus de production sur Terre ?
Des scientifiques sont parvenus à convertir directement le monoxyde de carbone (CO) en glucides complexes - les briques élémentaires du vivant - dans un milieu aqueux et dans un seul réacteur expérimental. Ces résultats publiés dans la revue
Chemical Science ouvrent une voie entièrement nouvelle pour produire des molécules à haute valeur ajoutée sans recourir à la biomasse ni à des enzymes.
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Les glucides (ou sucres) sont aujourd'hui principalement obtenus à partir de ressources végétales via des procédés biologiques complexes. Ils constituent des briques de base essentielles pour de nombreux procédés industriels et pharmaceutiques. Dans un contexte de transition vers des alternatives aux ressources fossiles, des équipes de l'Institut parisien de chimie moléculaire (CNRS/Sorbonne Université) et du Laboratoire de chimie de coordination (CNRS, Université de Toulouse) proposent une nouvelle méthode pour convertir directement le monoxyde de carbone (CO) en glucides complexes dans l'eau, sans recourir à la biomasse ni à des enzymes.
Jusqu'à présent, la plupart des procédés de transformation du CO, que l'on peut lui-même obtenir par réduction du CO₂, ne permettaient d'obtenir que des composés simples - méthanol, hydrocarbures courts ou alcools légers. La formation de molécules oxygénées complexes comme les glucides restait hors de portée en l'absence d'enzymes ou de systèmes biologiques.
Grâce à un procédé en deux étapes réunies dans un même réacteur, les scientifiques ont tout d'abord réalisé une réduction électrochimique pour transformer le CO en formaldéhyde en présence d'un catalyseur au cobalt. Ils ont ensuite polymérisé cette petite molécule organique par une réaction appelée "formose" pour former des sucres à 5 ou 6 atomes de carbone comme le ribose ou glucose, similaires à ceux que l'on trouve dans le vivant.
Ces deux réactions en cascade ont nécessité une mise au point minutieuse des conditions expérimentales: pH, température, nature de l'électrolyte et catalyseurs utilisés. Cette approche entièrement réalisée en milieu aqueux repose sur la synergie entre deux catalyseurs moléculaires organométallique (complexe de cobalt) et organique (carbène).
En réussissant à synthétiser du formaldéhyde de manière contrôlée puis à déclencher sa transformation sélective en sucres, l'équipe a franchi une barrière chimique que l'on pensait difficilement surmontable: la synthèse de molécules multi-oxygénées à partir d'un simple gaz abondant comme le CO sans passer par la photosynthèse ni par des enzymes.
À terme, ces résultats parus dans la revue Chemical Science pourrait permettre de produire des intermédiaires chimiques ou des précurseurs de biomatériaux à partir de carbone recyclé, contribuant ainsi à la transition vers une économie circulaire et décarbonée.