催化异丙醇氢转移还原裂解木质素C-O键制备芳香族化合物学术资讯

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生物质是地球上最重要的可再生碳资源。木质素作为木质纤维素资源的主要组成部分，占植物干重的20%-30%，具有比纤维素更高的能量密度，是自然界中唯一可以直接提供芳香环单体的可再生资源。木质素的高效利用在于选择性裂解其中的C-O键，在各种生物质转化路线中，化学催化转化具有效率高、与现有化工基础设施容易对接的独特优势。而以往报道中，主要是以氢气、氢化铝锂作为还原剂，并且还需要加入强碱，其缺点是对反应设备要求高，同时氢气、氢化铝锂在反应过程中存在易燃易爆的危险。因此，开发一些廉价的非贵金属多相催化剂在温和、绿色的条件下实现木质素C-O键断裂合成小分子化合物，成为了设计催化剂的重要考虑因素。

近日，中南民族大学绿色化学研究团队张泽会教授和中科院大连化物所李昌志副研究员在催化裂解木质素C-O键方面取得了新的进展。相关成果以edge article的形式发表在RSC旗下期刊Chemical Science。

本工作开发了一种三氧化二铝负载的镍基（Ni/Al2O3）催化剂，该催化剂能够在温和条件下以异丙醇作为还原剂，通过氢转移方式还原裂解木质素及其模型化合物中的C-O键，生成相应的芳香族化合物。以二苯醚（4-O-5），苄基苯基醚（α-O-4），苯氧基乙苯（β-O-4）为模型化合物，通过大量的对比实验，揭示了不同模型化合物可能的反应路径。通过反应动力学实验，计算不同类型C-O键的活化能。接着，使用真实木质素为反应底物，该催化剂也表现出优异的催化活性，表明通过氢转移的方式可以高效利用木质素。最后，结合实验结果和催化剂特征，提出了合理的氢转移反应机理。该催化体系具有反应条件温和、利用非贵金属为催化剂、催化剂具有可重用性，因此具有显著优势。本工作通过氢转移的方式选择性裂解C-O键，为C-O键的还原裂解提供了新思路。

近年来，张泽会教授致力于生物质等可再生能源的开发利用以及氮掺杂碳材料的制备及其在有机催化反应中的应用研究，取得了显著成果（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 14775-14782; Sci. Adv., 3, e1601945）。

该论文作者为：Liang Jiang，Haiwei Guo，Changzhi Li,* Peng Zhou，Zehui Zhang*

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