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我院在木質素催化降解領域取得新進展

點擊數:   更新日期: 2019-04-22

木質素是自然界唯一一種可再生的芳香碳氫資源,木質素通過降解轉化為適用于下游生產的單分子芳基化合物是其高值化的基點。在木質素降解過程中,通過降解路徑的選擇性調控,從而生成不同類型的苯酚產物具有工業生產實用價值。木質素降解機理研究不僅有利于深入了解木質素降解過程,同時可以促進高效催化反應體系的開發利用。然而,木質素是一種結構復雜的生物大分子,其降解過程不僅包含β-O-4結構中C–OC–C鍵斷裂過程,同時存在降解產物的縮聚、氫化、脫羥基化等多重反應,導致其選擇性控制及機理研究極具挑戰性。

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我院宋國勇科研團隊通過設計了一系列二聚體、三聚體、多聚體,以及同位素標記的木質素模型化合物,系統研究了Ru/C催化氫解木質素及堿調控產物選擇性過程,并提出木質素催化降解新機制。在C3苯酚生成過程中,實驗證據確證已報道的木質素降解機理,包括烯醇醚路徑、Cα羰基路徑、自由基路徑以及Cβ–O、Cγ–OH鍵連續斷鍵等,均不適用于Ru/C催化體系;在此基礎上,提出了Ru/C催化的木質素降解機制為β-O-4結構中Cα–O和Cβ–O協同斷裂機理。C2取代苯酚單體產物的生成,可能始于含有酚羥基的化合物在堿性環境中生成的甲基醌類中間體,之前預測的烯醚式中間體并不存在于該反應路徑之內。在樺木酶酸解木質素降解中,研究發現C2苯酚生成與堿濃度呈線性關系,與本文預測的機理一致;經過條件優化,樺木木質素在保持良好的降解效率的同時,可以實現苯酚單體選擇性的調控。本工作將木質素模型化合物和真實木質素生物大分子研究結合起來,為理解木質素解聚過程及新催化體系設計提供了理論支持。

該研究“Ru-Catalyzed Hydrogenolysis of Lignin: Base-Dependent Tunability of Monomeric Phenols and Mechanistic Study以全文形式發表于化學領域TOP期刊《ACS Catalysis》(IF=11.384)。論文第一作者為我院在讀博士研究生李赫龍,通訊作者為宋國勇教授。

該工作得到國家自然科學基金面上項目和北京林業大學高等學;究蒲袠I務費的資金資助。文章鏈接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acscatal.9b00556

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