Extraction du limonène

 

Nous allons ici nous intéresser au limonène et à son extraction à partir de peaux d’oranges. Nous verrons qu’en plus de son agréable parfum fruité, cette molécule possède de nombreuses applications : réactif en synthèse organique, application en thérapie anticancéreuse, solvant industriel…

 

I.                 Présentation

 

    1)     La molécule

 

Le limonène est un hydrocarbure rattaché au groupe des terpènes.

Les terpènes sont des molécules formées d’au moins deux entités isoprènes (dérivant de l’isoprène). On distingue les monoterpènes (deux unités isopréniques, 10 atomes de carbones), les sesquiterpènes (trois unités, 15 atomes de carbones) et les diterpènes (quatre unités, 20 atomes de carbones)[1].

Le limonène est donc un monoterpène et l’on retrouve facilement les deux unités isopréniques (en rouge et en bleu) :

 

Fig. 1 : a) 2-Méthylbuta-1,3-diène (isoprène). b) Entité isoprène (certaines peuvent contenir des doubles liaisons). c) Limonène

 

Selon les règles de nomenclature officielle (IUPAC), le limonène est le 1-méthyl-4-(prop-1-èn-2-yl)cyclohex-1-ène.

 

Le limonène est une molécule chirale et existe sous deux formes énantiomères (images l’une de l’autre dans un miroir, mais non superposables) : le R-(+)-limonène et le S-(-)-limonène.

 

Fig. 2 : Les deux formes énantiomères du limonène. a) R-(+)-limonène. b) S-(-)-limonène.

 

 

      2)     La biosynthèse du limonène

 

Le limonène est biosynthétisé par la plante en partant soit d’un dérivé d’un sucre, le glycéraldéhyde2a, soit de l’acétyl-Coenzyme A.

Ce composé permet tout d’abord à la plante de synthétiser deux molécules : le diphosphate d’isopentenyle (IPP) et diphosphate de diméthylallyle (DMAPP)[2]b. La réaction de ces molécules l’une avec l’autre conduit au diphosphate de génrayle (GPP)2c qui est le précurseur direct du limonène2d.

 

Fig. 3

 

Un schéma plus détaillé de la biosynthèse du limonène est disponible en annexe.

 

 

    3)     L’extraction du limonène

 

Nous ne parlerons ici que de l’extraction du limonène à partir des peaux d’oranges.

 

a.  Le pressage

 

Actuellement, l’huile essentielle d’orange de meilleure qualité s’obtient par simple pressage des peaux d’orange[3].

En effet l’huile essentielle est contenue dans de petites poches insérées dans la peau de l’orange. Il suffit alors de presser celle-ci entre ses doigt pour voir perler des microgouttes d’un liquide fortement odorant : l’huile essentielle.

 

Fig. 4 : Coupe d’une orange. On peut remarquer les petites poches d’huile essentielle.

 

Fig. 5 : Gouttes d’huile essentielle perlant de la peau par simple pression.

 

Les peaux d’oranges sont placées dans un pressoir à vis et l’huile est récupérée par simple pression.

L’avantage de cette méthode est sa simplicité de mise en œuvre, son coût réduit et l’absence de solvant organique.

 

b. L’extraction par un solvant organique

 

Au laboratoire, le limonène peut-être extrait des oranges par de l’hexane au moyen d’un appareil particulier : le Soxhlet.

Les peaux peuvent être cryogénisées par de l’azote liquide (-176°C) puis réduite en poudre ou réduites en bouillie par des billes métalliques dans un récipient rotatif avant d’être extraites à l’hexane.

S’il est possible de récupérer jusqu’à 99% des huiles contenues dans la peau par cette méthode, on extrait en revanche également des composés huileux non souhaités[4].

 

Il a été montré que la sonification de l’extracteur (envoie d’ultrasons sur le système d’extraction) permettait de diminuer de moitié le temps d’extraction. Les ultrasons dégradent les parois cellulaires, favorisant la mise en liberté du limonène et donc son extraction[5].

 

c.  L’hydrodistillation

 

L’huile essentielle d’orange peut être obtenue comme de nombreuses autres huiles par hydrodistillation, c'est-à-dire en entraînant l’huile avec de la vapeur d’eau[6].

En effet, si le limonène seul présente une température d’ébullition de 175°C (à pression atmosphérique), un mélange d’eau et de limonène distille à 97,4°C[7] en formant un azéotrope. Par condensation de la vapeur, on obtient un mélange d’eau et de limonène qui se sépare sous la forme d’une huile.

Si cette méthode peut-être employée pour des petites extractions en laboratoire, elle n’est cependant pas appliquée à l’échelle industrielle.

 

d. L’extraction par le CO2 supercritique

 

De nombreuses études ont été réalisées sur l’extraction du limonène par cette méthode d’extraction assez révolutionnaire.

Il a ainsi été montré qu’en utilisant du CO2 supercritique à une pression de 12,5 MPa pour une température de 35°C, il était possible d’extraire sélectivement le limonène des peux d’orange, le composé ainsi obtenu étant pur à 99,5 %[8].

Une telle pureté n’est possible avec les autres méthodes d’extractions qu’en redistillant l’huile pour en isoler le limonène.

       Cette méthode permet donc d’obtenir le limonène avec une grande pureté, selon un processus non polluant. Cependant, le coût de mise en place de ce type d’installation reste assez élevé, expliquant que cette méthode, pour le limonène, n’ait pas encore été appliquée industriellement. 

  

e.  L’extraction par un liquide ionique à partir de l’huile essentielle

 

Le seul limonène peut être extrait à partir d’une huile essentielle à l’aide d’un liquide ionique. Les liquides ioniques sont des sels organiques présentant un point de fusion inférieur à 100°C utilisables en tant que substituts verts des solvants classiques, souvent nocifs et/ou inflammables.

Ainsi il a été montré que le méthansulfonate du 1-éthyl-3-méthylimidazolium permettrait d’extraire le limonène à partir de l’huile essentielle d’orange[9].

 

Fig. 6

 

Le limonène représentant entre 90 et 95% de cette huile, il pourrait ici s’agir d’une méthode d’extraction verte, respectueuse de l’environnement.

 

f.  Les différentes molécules présentent dans l’huile essentielle

 

L’huile essentielle d’orange est composé en très grande partie de limonène (de 91 à 97 %) et constitue donc une source naturelle intéressante de ce composé.

Cependant, il a été identifié par chromatographie en phase gazeuse 14 autres composés dans l’huile obtenue par pressage[10].

 

Fig. 7 : a) α et β-pinènes (< 2 %). b) β-myrcène (< 2 %). c) Octanal (< 0,2 %). d) Linalol (< 1 %). e) α-terpinéol (< 1 %). f) Décanal (< 0,5 %). g) Acétate de linalyle (< 0,5 %). h) Néral et Géranial (< 0,2 %). i) Germacrène D (< 0,5 %). j) Osthole + Aurapténol + Méranzanine (< 1 %).

 

 

    4)     Quelques usages du limonène

 

Depuis quelques dizaines d’années, il a pu être trouvé de nombreuses utilisations au limonène. En effet, cette molécule est obtenue comme sous-produit par « l’industrie des jus de fruit » à plus de 5000 tonnes par an[11]. L’industrie ne pouvait laisser ce perdre une telle quantité de matière première et diverses applications ont été envisagées, du domaine médical à la fabrication de plastiques.

 

a. La thérapie anticancéreuse

 

Il a été montré que certains terpènes, tel le limonène possédaient une activité anticancéreuse, à la fois in-vitro et in-vivo[12]a-e. Les mécanismes à la base de cette action ne sont pas encore clairs mais des pistes ont cependant été explorées.

Ainsi il semble que le limonène ou son produit de dégradation majoritaire – l’acide périllique – ne soient pas en eux-mêmes actifs. En revanche, Gould a identifié l’ester méthylique de l’acide périllique comme un possible inhibiteur de l’isoprènylation de certaines protéines cellulaires[13].

 

Fig. 8 : a) Limonène. b) Acide périllique. c) Esther méthylique de l’acide périllique.

 

L’isoprènylation consiste à ajouter un groupe farsényl ou géranyl à l’extrémité libre d’un acide carboxylique d’une protéine. La protéine ainsi dénaturée ne va plus assurer son rôle biologique, pouvant entraîner la formation de tumeurs. Inhiber cette dénaturation permet de stopper l’évolution d’un cancer et de réduire la proportion de cellules tumorales. La mise en évidence de ce mécanisme d’action du limonène a ouvert la voie à la préparation d’inhibiteur de cette transformation[14].

Ainsi le limonène a été engagé dans des essais en phase clinique I sur des patients atteint de cancers et semble bien toléré[15].

           

Certains dérivés du limonène ont prouvés leur activité anticancéreuse sur des tumeurs de la prostate. En effet, sur ce type de cellules, là où le limonène n’est que peu actif (IC50 > 100 μM), un dérivé du limonène s’est montré près de 4 fois plus actif (I C50 = 24 μM) en test in-vitro.

 

Fig. 9 : a) Limonène. b) Dérivé du limonène actif sur certaines lignées tumorales.

 

b. Des patchs à l’orange ?

 

Pour rester dans le domaine médical, il a été mis au point par Chan et son équipe un nouveau type de patch à base de propylène glycol, de dibutyllauroylglutamide et de limonène pour délivrer progressivement de l’halopéridol, un médicament utilisé dans le traitement de certaines psychoses et de la schizophrénie[16].

 

L’utilisation de patch pour délivrer progressivement des médicaments se démocratise peu à peu, en raison des avantages apportés pour le patient :

- les médicaments fragiles ne sont pas dégradés lors de l’adsorption intestinale et passent directement dans le sang, ce qui permet d’envisager l’utilisation de doses réduites de principe actif

- l’administration est non-invasive (pas de piqûres…)

- la concentration en principe actif dans le sang reste constante durant toute la durée de vie du patch

- la simplicité d’utilisation : il est aisé de commencer et d’arrêter le traitement.

Cependant, les principes actifs doivent traverser la peau et le passage de cette barrière peut poser problème. Le limonène permet justement une meilleure pénétration percutanée (à travers la peau) et la concentration en l’halopéridol reste ainsi constante dans le sang.

 

Fig. 10 : a) Halopéridol. b) Dibutylauroylglutamide (GP1)

 

c. Les insecticides

 

Il a été montré que certaines huiles essentielles extraites de plantes poussant au Chili possèdent une activité anti-moustique, très probablement due à la présence de limonène et/ou de camphre dans ces huiles[17].

Ces travaux permettent d’envisager le remplacement des répulsifs classiquement utilisés (tel le N,N-diéthyl-m-méthylbenzamide – DEET – Fig. 11) parfois nocif pour l’homme et pouvant endommager certains plastiques et peintures.

 

Fig. 11

 

Des compositions à base de limonène présentant une activité insecticide contre les fourmis, les araignées, les mouches, les chenilles… ont été mises au point[18].

Ces insecticides d’un nouveau type sont non toxiques pour les animaux et l’homme, pouvant même être utilisés à proximité de nourriture. Ils sont de plus biodégradables.

Il est supposé que dans ces compositions, le limonène possède une action sur la carapace (en chitine) des insectes, entraînant son ramollissement et ainsi la mort de l’insecte. 

Une composition type pouvant être utilisé dans les habitations comprend du limonène (6 % en poids), un émulsifiant (Alkamuls EL620 – 10 %), un conservateur (benzoate de sodium – 0,1 %) et de l’eau (83,9 %).

 

d. Le limonène est tant que solvant de nettoyage

 

Le limonène a trouvé un important débouché en tant que solvant industriel.

En effet, les solvants industriels classiquement utilisés sont souvent des dérivés du pétroles (essences, éther de pétrole, white spirit) ou des solvants halogénés (trichloroéthylène) présentant une nocivité certaine pour l’utilisateur ainsi que des risques d’inflammation. De plus, le retraitement de ces solvants par des organismes spécialisés représente un coût important.

Le limonène, le plus souvent en mélange avec de l’eau et un surfactant ne présente pas ces problèmes de nocivité et de retraitement et constitue ainsi un solvant vert.

Un solvant industriel peut ainsi être préparé par le mélange de : limonène (35,1 %), eau (44,8 %), sel de potassium de l’acide dodécylbenzène sulfonique (11,4 %), pyrophosphate de potassium (2,2 %), carbitol butyle (6 %), métasilicate de sodium (0,5 %)[19].

 

e. Préparation de plastiques : du pétrole aux oranges

 

Actuellement, la plus grande partie des plastiques que nous rencontrons sont produits à partir de dérivés du pétrole. Cependant les ressources mondiales en pétrole tendent peu à peu à s’épuiser et des solutions de remplacement sont envisagées.

En 2004, l’équipe de Coates a mis au point la polymérisation d’oxyde de limonène et de CO2 en un plastique polycarbonate[20]. Les deux composés de départ sont abondamment disponible (un peu trop pour le CO2 d’ailleurs) et le plastique obtenu est biodégradable.

Il s’agit ici d’un pas en avant dans la diminution de notre dépendance au pétrole.

 

 

f. Préparation de la carvone

 

Les industriels spécialisés dans les arômes ne pouvaient laisser perdre les tonnes de limonène obtenues comme sous-produit lors du pressage d’oranges. En 1951, il est rapporté la préparation de L-carvone (à odeur de menthe) à partir du D-limonène avec un rendement de 35 % sur trois étapes[21].

La carvone (Fig. 12b) est un additif alimentaire couramment utilisé, notamment dans l’industrie du chewing-gum par la compagnie Wrigley[22].

 

Fig. 12

 

    5)     Application en synthèse totale

 

Le limonène est une molécule simple, abondante et peu coûteuse pouvant être utilisée pour la synthèse totale de molécules naturelles complexes. De plus, la chiralité du limonène peut permettre des synthétiser d’autres molécules chirales.

Nous verrons ici quelques exemples de ces synthèses.

 

-         A partir de l’oxyde de limonène (commercial et facilement accessible par oxydation du limonène), Fuchs et son équipe ont pu préparer le mésembranol[23]. Il s’agit d’un alcaloïde présent dans les plantes de l’espèce Sceletium tortuosom à partir duquel il est possible d’accéder aux autres alcaloïdes de la même famille : la mésembrine, la mésembrénone et la 4’-O-méthylmésembrénol. Ces alcaloïdes possèdent une activité biologique sur le système nerveux central.

 

Fig. 13 : Sceletium tortuosum[24]

 

Fig. 14

  

-         En 2003, l’équipe de Joseph-Nathan, en se basant sur les travaux de Crawford[25], publie la première synthèse totale de l’hétérocurvistone en partant du limonène, avec un rendement global de 12 %[26]. Cette molécule a été isolée d’Heterotropa curvistigma en 1981 par Niwa[27]a-b.

 

                           

Fig. 15 : Heterotropa curvistigma                  Fig. 16 : Fleur d’Heterotropa curvistigma

 

 

Fig. 17

 

-         Les β- et γ-thujaplicines sont des tropolones monocycliques extraites de Chamaecyparis taiwanesis et Thuja plicata possédant une activité antibactérienne et antifongique intéressante[28]a-d. Kitahara rapporte leur synthèse en partant du limonène[29].

 

Fig. 18 : Thuja plicata

  

Fig. 19 : a) β-thujaplicines. b) γ- thujaplicines

  

-         Le (+)-aphanamol I est un sesquiterpène toxique extrait des fruits de l’Aphanamixis grandifolia[30]a-b. En 1992 Wickberg et Hansson valident sa structure en le synthétisant à partir du limonène[31].

 

Fig. 20 : Aphanamixis grandifolia

 

Fig. 21

 

-         Les quinolines sont des structures retrouvées régulièrement dans les composés naturelles et dans ceux présentant une activité biologique. Parmi celles-ci, nous pouvons trouver des activités antibactériennes, antifongiques et antivirales. Un analogue de l’araliopsine a été préparé par Parsons à partir du limonène en utilisant une réaction radicalaire comme étape clé[32].

 

Fig. 22 : a) Araliopsine. b) Analogue de la molécule naturelle

 

 

    6)     Aspects biologiques et toxicologie

 

Lorsqu’une molécule est produite à raison de plusieurs milliers de tonnes par an et qu’autant d’applications aient pu lui être trouvées, la question de sa toxicité se pose.

Suite à de nombreuses études sur le sujet, des données pertinentes sont désormais disponibles.

 

Le limonène n’est que faiblement toxique pour l’animal, la dose létale entraînant la mort chez 50 % de la population testée (DL50) par voie orale chez le rat est de 5,6 à 6,6 g/kg. A comparer à celle du chlorure de sodium (le simple sel de table) qui est de 3 g/kg…

Le limonène peut cependant endommager le foie lorsqu’il est absorbé par voie orale chez la souris, le rat et le chien[33].

Chez l’homme, l’absorption de fortes doses de limonène (20 g) entraîne l’apparition de troubles intestinaux et rénaux transitoires, sans séquelles.

 

Chez le rat mâle, le limonène est un cancérogène rénal, et seulement chez le rat mâle, puisque chez les femelles et les souris des deux sexes, il possède même une action antitumorale. En effet, chez le rat mâle, l’oxyde de limonène (produit par oxydation biochimique dans le corps) peut se lier sur une protéine : l’α2u-globuline. Le complexe ainsi formé entraîne la formation de tumeurs au niveau des reins.

La femelle du rat et les autres animaux étant dépourvus de cette protéine, ils ne courent aucun risque de formation de tumeurs[34].

 

Le limonène en lui-même n’est pas un agent sensibilisant de la peau. En revanche, ses produits d’oxydation par l’air (notamment l’oxyde de limonène) sont irritants[35].

 

Il a été noté que l’oxydation du limonène dans l’air favorise la formation de particules solides[36]. En effet, le simple fait de peler une orange libère dans l’air de très faibles quantités de limonène (103 parties par milliards) mais qui sont cependant suffisantes pour favoriser la formation de particules solides d’un diamètre supérieur à 7 nm. L’ozone (produit par des appareils électriques) présent dans l’air en faible quantité oxyde le limonène, formant ainsi des nanoparticules.

En raison de leur taille, ces particules peuvent pénétrer dans les poumons et si l’on ne connaît pas encore la toxicité de celles-ci, l’oxydation du limonène (présent dans divers produits ménagers) est à envisager comme pouvant potentiellement entraîner des effets néfastes.

 

L’oxydation du limonène, toujours par l’ozone présent dans l’air, conduit également à la formation de divers composés oxygénés. Lorsque l’on soumet des rats à ces composés, il a été noté une augmentation des quantité de protéines impliquées dans la réponse inflammatoire, de la cyclooxygénase-2 ainsi que d’une enzyme impliquée dans la destruction des espèces radicalaires : l’anion superoxyde dismutase[37]. L’activité des macrophages et des défenses immunitaires des poumons se trouve ainsi modifiée. Des études sont en cours pour étudier l’impact de ces modifications sur la santé des animaux.

  

 

 

II.             L’extraction

 

    1)     Matériels et produits utilisés

 

  1. Bécher de 2 litres
  2. Mixer
  3. Ballon monocol de 2 litres
  4. Colonne de distillation ou tête de distillation
  5. Réfrigérant de Liebig
  6. Allonge de distillation coudée
  7. 2 erlenmeyers de 1 litre
  8. Ampoule à décanter de 1 l
  9. Ballon monocol de 1 litre
  10. Evaporateur rotatif
  11. Ballon monocol de 50 ml
  12. Colonne de Vigreux
  13. Thermomètre
  14. Allonge de distillation à deux sorties et prise de vide
  15. 2 ballons monocol de 25 ml
  16. Dispositif de mise sous vide
  17. Oranges
  18. Eau distillée
  19. Chlorure de sodium
  20. Dichlorométhane
  21. Sulfate de sodium anhydre
 

 

    2)     Mode opératoire

 

Suivant le matériel dont on dispose, il est possible d’adapter les volumes en respectant sensiblement la quantité de 1,5 litre d’eau pour la quantité de peaux correspondante à 2 kg d’oranges.

 

  1. Peler les oranges en laissant le minimum de peau blanche sur le zeste.
  2. Couper les peaux d’oranges en carrés d’environ 1 cm de coté.
  3. Placer les peaux dans un bécher de 2 litre et ajouter 1 litre d’eau distillée. Broyer les peaux à l’aide d’un mixeur pour obtenir une purée homogène.
  4. Placer la purée de peaux dans le ballon de distillation de 2 litres. Rincer le bécher avec de l’eau distillée que l’on versera ensuite dans le ballon. On remplira ainsi le ballon aux 2/3 de son volume.
  5. Réaliser le montage suivant :

 

Fig. 23

 

  1. Chauffer doucement le ballon à l’aide d’un chauffe-ballon ou d’un bain d’huile jusqu’à ébullition douce.
  2. Recueillir environ 750 ml de distillat. Ajouter du chlorure de sodium dans le distillat jusqu’à saturation.
  3. Placer le distillat dans une ampoule à décanter d’un litre et récupérer la phase surnageante (l’huile essentielle).
  4. Extraire l’huile essentielle restante en phase aqueuse par trois lavages successifs avec 75 ml de dichlorométhane.
  5. Rassembler les phases organiques et l’huile séparée précédemment et sécher-les sur sulfate de sodium anhydre.
  6. Evaporer le solvant puis sécher l’huile sous vide.
  7. Réaliser le montage suivant :

 

Fig. 24

 

  1. Placer l’huile sèche dans le ballon de distillation puis placer le montage sous vide.
  2. Chauffer doucement le ballon de distillation jusqu’à ébullition douce et collecter environ 20 gouttes de distillat dans le premier ballon, puis collecter le reste dans le second ballon.

La distillation sera arrêtée alors qu’il reste encore 1 à 2 ml d’huile dans le ballon de distillation.

 

  

 

III.         Résultats et discussions

 

1) L’extraction proprement dite

 

Lors de cette manipulation, on cherche à limiter autant que possible la proportion de peaux blanches lorsque l’on récupère le zeste d’orange. En effet, ces peaux n’ont pas un effet négatif sur le bon déroulement de l’extraction, mais augmentent le volume total de la solution à faire bouillir. Ainsi pour éviter de travailler sur de trop gros volumes (ce qui n’est jamais aisé), on limitera la proportion de peaux inutiles.

 

Fig. 25 : Peau d’orange bien préparée, sans peau blanche.

 

Le fait de broyer les peaux en purée permet de briser les cellules végétales et donc de libérer le limonène, son extraction s’en trouvant ainsi facilitée.

 

L’utilisation d’une colonne de Vigreux pour l’hydrodistillation n’est pas obligatoire mais permet généralement de récupérer l’huile seule et plus pure. En effet, lors de l’ébullition, des micro-goutellettes de la solution bouillante peuvent être entraînées par le courant de vapeur d’eau et donc se retrouver dans le distillat, le souillant.

Une colonne de Vigreux, ou l’ajout d’une boule de distillation, permet d’éviter ce problème puisque la vapeur ne peut passer directement du ballon de distillation jusque dans le condenseur, mais doit emprunter un chemin encombré (les pointes de la colonne de Vigreux, le coude de la boule de distillation).

  

Fig. 26 : Boule de distillation.

 

Fig. 27 : Zoom sur la boule. On peut remarquer le tube courbé empêchant les éclaboussures d’être entraînées par le courant de vapeur.

 

Dès que les premières gouttes de distillat sont récupérées, le limonène se sépare sous la forme d’une huile qui surnage la phase aqueuse en formant des « yeux ».

 

Fig. 28

 

Une fois la distillation terminée, on rajoute du chlorure de sodium (du sel de table) au distillat jusqu’à ce que la solution ne dissolve plus de sel.

Cette opération permet de diminuer la solubilité de l’huile essentielle dans la phase aqueuse et de facilité la séparation des deux phases – il s’agit de l’opération de relargage.

Cette manipulation est basée sur la modification des sphères de solvatation…

En effet lorsque l’on dissout un composé dans de l’eau, les molécules H2O vont avoir tendance à entourer le composé à dissoudre (le soluté) de façon à favoriser sa dissolution.

Ainsi une molécule de limonène va être plus ou moins entourée de molécules d’eau, répartie sous forme de sphère. On dira alors que la molécule est solvatée et la sphère correspondante de molécules d’eau est la sphère de solvatation.

Lors de l’ajout de sel, les molécules d’eau vont entourer les ions sodium Na+ et chlorure Cl- pour permettre la dissolution du sel.

Le limonène étant un composé globalement apolaire, les molécules d’eau (polaires) auront tendance à entourer plus facilement les ions que notre molécule.

Le limonène va ainsi être de moins en moins solvaté par l’eau et va donc se séparer plus facilement sous la forme d’une fine couche d’huile surnageant la phase aqueuse (Fig. 30).

 

Fig. 29 : Solvatation des ions par les molécules d’eau, alors moins disponibles pour solvater le limonène.

 

Fig. 30

 

Le limonène est extrait du distillat par un solvant organique peu polaire (le dichlorométhane), possédant un bas point d’ébullition, ce qui facilite par la suite sa séparation du limonène par simple évaporation.

 

La distillation fractionnée est une méthode de purification tout à fait valable pour le limonène. En séparant la tête de distillation (les premières gouttes), on s’assure de la pureté du produit. En effet, dans les première gouttes sont contenues les composés plus volatiles que le limonène ainsi que les quelques possibles impuretés souillant le matériel.

Le distillat récupéré est donc constitué de limonène quasi-pur !

 

2) Résultats

 

Le limonène se présente sous la forme d’une huile incolore, à forte odeur d’orange.

Lors de cette manipulation, 2 kilos d’oranges ont permis d’obtenir 13,125 g de limonène.

Cette quantité peut varier selon le type d’oranges, leur maturité et leur provenance.

 

Fig. 31

  

3) Analyses

 

-         Le limonène présente un point d’ébullition compris entre 176 et 177°C à la pression atmosphérique[38].

      -         Le spectre infrarouge du limonène est disponible ici[39]

      -         Les spectres RMN du limonène (proton et carbone) sont disponibles ici (enregistré dans CDCl3)[40]

      -         Le spectre de masse du limonène est disponible ici[41]

      -         Excès énantiomérique[42]

 

    Le pouvoir rotatoire du limonène peut être pris au moyen d’un polarimètre numérique en réalisant une solution à 1 % de limonène dans l’éthanol absolu.

Les mesures sont réalisées avec une cuve de 7 cm de long, à une longueur d’onde de 589 nm à la raie D d’une lampe à vapeur de sodium.

 

    Le R-(+)-limonène commercial en solution à 1 % dans l’éthanol présente un pouvoir rotatoire de 0,479° alors que le limonène obtenu après distillation fractionnée présente un pouvoir de 0,465°.

 

    Les pouvoirs rotatoires spécifiques des deux formes énantiomères du limonène sont :

-         [α] = + 106° pour le R-(+)-limonène

-         [α] = - 106° pour le S-(-)-limonène

 

    Nous allons pouvoir calculer le pourcentage de (+)-limonène dans notre extrait en utilisant la loi de Biot : α = [α]lc avec [α] le pouvoir rotatoire spécifique, l la longueur de la cuve et c la concentration de la solution.

 

    Après calcul, nous montrons que notre extrait contient 99,15 % de R-(+)-limonène et 0,85 % de S-(-)-limonène.

Nous sommes donc en possession d’un énantiomère très majoritaire du limonène.

 

4) Produits utilisés[43]

 

-         Dichlorométhane : CH2Cl2 ; Nocif

Risques : R 40 : Effet cancérigène suspecté – Preuves insuffisantes.

Conseils de prudence : S 23.2 : Ne pas respirer les vapeurs

                              S 24/25 : Eviter le contact avec la peau et les yeux

                              S 36/37 : Porter un vêtement de protection et des gants appropriés

 

-         Eau : H2O

 

-         Limonène : C10H16 ; Inflammable, irritant, dangereux pour l’environnement

Risques : R 10 : Inflammable

                R 38 : Irritant pour la peau

                R 43 : Peut entraîner une sensibilisation par contact avec la peau

                R 50/53 : Très toxique pour les organismes aquatiques, peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l’environnement aquatique.

Conseils de prudence : S 24 : Eviter le contact avec la peau

                              S 37 : Porter des gants appropriés

                              S 60 : Eliminer le produit et son récipient comme un déchet dangereux

                              S 61 : Eviter le rejet dans l’environnement. Consulter les instructions spéciales/la fiche de données de sécurité.

 

-         Chlorure de sodium : NaCl

  

-         Sulfate de sodium : Na2SO4

     

  

IV.             Bibliographie

 

[1] Vollhardt K.P.C., Schore N.E. ; Traité de chimie organique, 2004, 4è ed, DeBoeck

[2] Bouwmeester H.J., Gershenzon J., Konings M.C.J.M., Croteau R. ; Plant Physiol., 1998, 117, 901 (et références citées) - Lange B.M., Rujan T., Martin W., Croteau R. ; PNAS, 2000, 97, 13172 – Burke C.C., Wildung M.R., Croteau R. ; PNAS, 1999, 96, 13062 – Turner G., Gershenzon J., Nielson E.E., Froehlich J.E., Croteau R. ; Plant Physiology., 1999, 120, 879

[3] Communication personnelle.

[4] Baysal T., Starmans D.A.J. ; Journal of  Supercritical Fluids., 1999, 14, 225

[5] Bartels P.V., Chemat S., Lagha A., AitAmar H., Chemat F. ; Flavour and Fragance Journal, 2004, 19, 188

[6] Dutch Pharmacopoeia, 1966

[7] Palleros D.R. ; Experimental Organic Chemistry, 2000, John Wiley & Sons.

[8] Mira B., Blasco M., Berna A., Subirats S. ; Journal of Supercritical Fluids, 1999, 14, 95

[9] Arce A., Marchiaro A., Rodriguez O., Soto A. ; AIChE Journal, 2006, 52, 2089

[10] Phytosun’Aroms – Fiche d’analyse – Communication personnelle.

[11] Burdock G.A., Fenaroli’s Handbook of Flavour Ingredients, 1995, 3è ed, CRC Press.

[12]a-e Crowell P.L., Gould M.N.; Crit. Rev. Oncog., 1994, 5, 1 – Eslon C.E. ; J. Nutr., 1995, 125, 1666S – Elson C.E., Peffley D.M., Hentosh P., Mo H. ; Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 1999, 221, 294 – Haag J.D., Lindstrom M.J., Gould M.N. ; Cancer Research, 1992, 52, 4021 – Elegbede J.A., Elson C.E., Qureshi A., Tanner M.A., Gould M.N. ; Carcinogenesis, 1984, 5, 661

[13] Gelb M.H., Tamanoi F., Yokoyama K., Ghomashchi F., Esson K., Gould M.N. ; Cancer Letters, 1995, 91, 169

[14] Cestac P., Doisneau-Sixou S., Favre G. ; Ann. Pharm. Fr., 2005, 63, 76

[15] Vigushin D.M., Poon G.K., Boddy A., English J., Halbert G.W., Pagonis C., Jarman M., Coombes R.C. ; Cancer Chemother. Pharmacol., 1998, 42, 111

[16] Lim P.F.C., Liu X.Y., Kang L., Ho P.C.L., Chan Y.W., Chan S.Y. ; Int. J. Pharm., 2006, 311, 157

[17] Gillij Y.G., Gleiser R.M., Zygadlo J.A. ; Mosquito repellent activity of essentials oils of aromatic plants…, Bioresour. Technol., 2007, doi : 10.1016/j.biortech.2007.04.066

[18] Brevet US 2004/0092606 A1, 2003, Tor McPartland.

[19] Brevet 4,511,488, 1983, Penetone Corporation.

[20] Byrne C.M., Allen S.D., Lobkovsky E.B., Coates G.W. ; J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 11404

[21] Bordenca C., Allison R.K., Dirstine P.H. ; Ind. Eng. Chem., 1951, 43, 1196

[22] Brevet US5158790, 1992, Wm. Wrigley, Jr. Company

[23] Evarts J.B. Jr., Fuchs P.L. ; Tet. Lett., 2001, 42, 3673

[24] http://site.voila.fr/medicherb/ficoide.htm

[25] Crawford R.J., Erman W.F., Broaddus C.D. ; J. Am. Chem. Soc., 1972, 94, 4298

[26] Villecco M.B., Catalan C.A.N., Joseph-Nathan P., Tetrahedron, 2003, 59, 959

[27] Niwa M., Sugie Y., Yamamura S. ; Phytochemistry, 1981, 20, 1137 - http://www.hpmix.com/home/ssc/ssc02/R8.htm

[28]a-d Nozoe T. ; Nature, 1951, 167, 1055 – Erdtman H., Gripenberg J.; Nature, 1948, 161, 716 – Baillie, Freeman, Cook, Sumerville ; Nature, 1950, 166, 65 - http://www.treecare.ie/treeworld/plicata.htm

[29] Soung M.G., Matsui M., Kitahara T. ; Tetrahedron, 2000, 56, 7741

[30]a-b Nishizawa M., Inoue A., Hayashi Y., Sastrapradja S., Kosela S., Iwashita T. ; J. Org. Chem., 1984, 49, 3660 - http://my.gardenguides.com/photos/tag/garden

[31] Hansson T., Wickberg B. ; J. Org. Chem., 1992, 57, 5370

[32] Bar G., Parsons A.F., Thomas C.B. ; Tetrahedron, 2001, 57, 4719

[33] Fiche de données de sécurité N°227 - INRS

[34] Whysner J., Williams G.M. ; Pharmacol. Ther., 1996, 71, 127

[35] Matura M., Goossens A., Bordalo O., Garcia-Bravo B., Magnusson K., Wrangsjö K., Karlberg A.T. ; J. Am. Acad. Dermatol., 2002, 47, 709

[36] Vartiainen E., Kulmala M., Ruuskanen T.M., Taipale R., Rinne J., Vehkamäki H. ; Atmos. Env., 2006, 40, 7882

[37] Sunil V.R., Laumbach R.J., Patel K.J., Turpin B.J., Lim H.J., Kipen H.M., Laskin J.D., Laskin D.L. ; Toxicology and Applied Pharmacology, 2007, 222, 211

[38] http://www.sigmaaldrich.com

[39] Enregistré sur un spectromètre Perkin Elmer Spectrum BX

[40] Enregistré sur un spectromètre Bruker AC-500

[41] http://www.chem.sc.edu/analytical/chem621/lab/spme.html

[42] Enregistré sur un JASCO P-1010 Polarimeter

[43] Catalogue VWR 2002

[44] http://www.supercriticalconsulting.com/procedes.htm

[45]a-c Cheng M., Lobkovsky E.B., Coates G.W. ; J. Am. Chem. Soc., 1998, 120, 11018 – Byrne C.M., Allen S.D., Lobkovsky E.B., Coates G.W. ; J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 11404 – Moore D.R., Cheng M., Lobkovsky E.B., Coates G.W., J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 11911

[46] Micheal J.P. ; Nat. Prod. Rep., 2000, 17, 603 et références citées

[47] Fensterbank L. ; Cours de chimie radicalaire – Faculté des Sciences d’Orsay, 2006-2007