我所發表雜原子參與木質素解聚綜述文章

  近日,我所生物能源化學品研究組(DNL0603)王峰研究員團隊受邀撰寫題為“雜原子參與的木質素裂解制備官能團化芳香化合物”(Heteroatom-participated lignin cleavage to functionalized aromatics)的綜述文章,系統介紹了含氮、硅、碘和鋰等雜原子參與的木質素裂解制備官能團化芳香化合物的研究近況。

  木質素是木質纖維素的芳香聚合物片段,它是自然界中最豐富且可再生的芳香碳資源。通過斷裂木質素中芳香單元之間的脂肪側鏈,可實現木質素的解聚,并制備多樣的芳香化合物。然而當前大多數解聚策略采用含活潑氫、氧等物種斷裂脂肪側鏈,同時木質素本身只含碳、氫和氧,這導致木質素的解聚產物也只含碳、氫和氧三種元素。當使用含雜原子(X)的試劑斷裂木質素中的C-C及C-O鍵時,可在產物中構建C-X和O-X鍵,得到含有雜原子的官能團化芳香單體產物,將有可能拓展木質素轉化的應用領域。

  傳統的造紙制漿和木質素的成分分析等過程都涉及雜原子參與的木質素解聚反應,但這些過程往往使用有毒試劑,條件苛刻,且對解聚產物的關注較少。近十年來,科研人員提出催化轉化的方法,采用含氮、硅、碘和鋰等雜原子試劑,豐富木質素的轉化方式,在溫和條件下可分別高選擇性地斷裂側鏈上C(aryl)-C(alkyl)鍵、C(alkyl)-C(alkyl)、C(alkyl)-O和C(aryl)-O鍵。這些方法除了可實現主要連接β-O-4'的斷裂之外,還可實現4-O-5'、β-1'以及芳基甲基醚等其他連接的斷裂。轉化產物包括芳胺、酰胺、異噁唑、硅氧烷和酚鋰等官能團化的芳香單體,顯示出了木質素在制備藥物、染料等精細化學品以及能源材料等方面的巨大潛力。

  近年來,該團隊在木質素催化轉化制備高附加值化學品方面了取得了一系列進展,發展了加氫/轉氫氫解方法制備烷基酚和酚類酮等產物(Energy Environ. Sci., 2013, 6, 994;ACS Catal., 2017, 7, 3419;ACS Catal., 2017, 7, 4571;ACS Catal., 2018, 8, 1614;ACS Catal., 2018, 8, 6837),一步/兩步氧化法制備芳香醛(ACS Catal., 2017, 7, 3850;ACS Catal., 2018, 8, 4761;ACS Catal., 2020, 10, 632)、芳香酸(ACS Catal., 2016, 6, 6086;J. Catal., 2017, 346, 170;J. Catal., 2017, 348, 160)和芳香酯(Green Chem., 2017, 19, 702)產物,氮試劑參與解聚制備酚類異噁唑、腈(ACS Sustainable Chem. Eng., 2018, 6, 3748)和非酚型芳胺產物(ACS Catal., 2019, 9, 8843), 以及聯苯的高值化轉化方法(Chem. Sci., 2019, 10, 3681)等。

  該綜述以Tutorial Review的形式發表在Chemical Society Reviews上。該工作得到中科院戰略性先導科技專項(B類)“能源化學轉化的本質與調控”、國家自然科學基金項目、中國科學院國際人才計劃項目、大連市科技創新基金項目等的資助。(文/圖 李宏基、Anon Bunrit、李寧)

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