Research was conducted to investigate the effect of chemical functional groups, including the ether function and alkyl branches, on the biodegradation mechanisms and biodegradation rates of dibenzoate plasticizers. Biodegradation of 1,6-hexandiol dibenzoate, a potential green dibenzoate plasticizer, by Rhodococcus rhodochrous, was investigated in the presence of hexadecane as a primary carbon source. The metabolites, produced in the biodegradation process were detected using GC/MS and Fourier transform mass spectroscopy techniques. None of these metabolites were stable, with all tending to biodegrade over the course of the experiments. Biodegradation mechanisms were elucidated for 1,6- hexanediol dibenzoate and two commercial plasticizers, diethylene glycol dibenzoate (D(EG)DB) and dipropylene glycol dibenzoate (D(PG)DB). Biodegradation of all of these plasticizers was initiated by hydrolysis of one ester bond to release a monobenzoate and benzoic acid. It was demonstrated that the diol fragment of 1,6-hexanediol monobenzoate was processed via a β-oxidation pathway, which was not possible for diethylene glycol monobenzoate (D(EG)MB) and dipropylene glycol monobenzoate (D(PG)MB) due to the presence of an ether function in the diols. Thus, accumulation of D(EG)MB and D(PG)MB was observed in the biodegradation broth.

The biodegradation of commercial plasticizers, D(EG)DB and D(PG)DB and three alternative plasticizers, 1,3-propanediol dibenzoate, 2,2-methyl-propyl-1,3-propanediol dibenzoate and 1,6-hexanediol dibenzoate, were modeled using a Michaelis-Menten/Monod-type kinetic model. Biodegradation was conducted in an aerated bioreactor using resting cells of Rhodococcus rhodochrous, which had been grown with hexadecane as the primary substrate. Monobenzoates released from the biodegradation of commercial plasticizers degraded slower than the monobenzoates of alternative plasticizers. The rapid biodegradation of monobenzoates released from microbial hydrolysis of alternative dibenzoate plasticizers was attributed to the lack of an ether bond in these compounds.

The acute toxicities of the above dibenzoate plasticizers and their associated metabolites were examined using the MicrotoxTM toxicity assay. High acute toxicities were observed for D(EG)DB, D(PG)DB and their corresponding hydrolytic metabolites, D(EG)MB and D(PG)MB, in response to Microtox™ assay. However, the alternative plasticizers, 1,6-hexanediol dibenzoate and 2,2- methyl-propyl-1,3-propanediol dibenzoate, did not exhibit toxicity.

This study represents an important step toward the development of “green plasticizers” of lower toxicity and health impacts and reduced persistence in the environment.

Des recherches ont été réalisées pour étudier l'effet des groupes chimiques fonctionnels, y compris la fonction éther et les branches d'alkyle, sur les mécanismes de biodégradation et les taux de biodégradation des plastifiants dibenzoate. La biodégradation du 1,6-dibenzoate hexanediol, un plastifiant dibenzoate potentiel, par Rhodochrous rhodococcus, a été étudiée en présence d'hexadécane comme source de carbone primaire. Les métabolites, produits dans les processus de biodégradation ont été détectés par GC/MS et techniques de spectroscopie de masse à transformée de Fourier. Aucun de ces métabolites ne sont stables, tous avaient une tendance à la dégradation durant les expériences. Les mécanismes de biodégradation ont été élucidés pour le dibenzoate de 1,6- hexanediol et de deux plastifiants commerciaux, le dibenzoate de diéthylène glycol (D(EG)DB) et le dibenzoate dipropylèneglycol (D(PG)DB). La biodégradation de l'ensemble de ces plastifiants a été initié par hydrolyse d'une liaison ester pour libérer un monobenzoate et de l‘acide benzoïque. Il a été démontré que le fragment de 1,6-diol monobenzoate hexanediol est généré par une β-oxydation, ce qui n'était pas possible pour le monobenzoate diéthylène glycol (D(EG)MB) et le monobenzoate dipropylèneglycol (D(PG)MB) en raison de la présence d'une fonction éther dans les diols. Ainsi, l'accumulation de D(EG)MB et D(PG)MB a été observée dans le bouillon de biodégradation.

La biodégradation des plastifiants commerciaux, D(EG)DB et D(PG)DB et trois plastifiants de remplacement, le dibenzoate de 1,3-propanediol, le dibenzoate de 2,2-méthyl-propyl-1propanediol et le dibenzoate de 1,6-hexanediol, a été modélisée à l'aide d'un modèle cinétique Michaelis-Menten/Monod-type. La biodégradation a été effectuée dans un bioréacteur aéré à l'aide de cellules au repos Rhodochrous rhodococcus, qui avaient été cultivées avec l‘hexadécane comme substrat primaire. Les monobenzoates libérés par la biodégradation des plastifiants commerciaux sont dégradés plus lentement que le monobenzoates de plastifiants de remplacement. La biodégradation rapide de monobenzoates libérés par l'hydrolyse microbienne des plastifiants de remplacement dibenzoate a été attribuée à l'absence d'une liaison éther dans ces composés.

Les toxicités aiguës des plastifiants dibenzoate cités ci-dessus et de leurs métabolites associés ont été examinées en utilisant le test de toxicité MicrotoxTM. Des toxicités aiguës élevées ont été observées pour D(EG)DB, D(PG)DB et de leurs métabolites correspondant hydrolytique, D(EG)MB et D(PG)MB, en réponse au dosage Microtox™. Toutefois, les plastifiants de remplacement, le dibenzoate de 1,6-hexanediol et le benzoate de 2,2 -méthyl-propyl-1,3-diol ne présentaient pas de toxicité.

Cette étude représente une étape importante vers le développement de «plastifiants verts", de la réduction de leur toxicité de leurseffets sur la santé et de leur persistance dans l'environnement.