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前沿院李洋研究員課題組解密DMSO誘導木質纖維素高效高選擇性制備甲酸
點擊數:    更新时间:2021/08/23 09:48:07

甲酸廣泛應用于化學化工領域,也是良好的儲氫體,可以按需制氫。目前工業制備甲酸主要依賴化石資源,通過多步反應合成,因此,亟需發展高效綠色甲酸制備方法。西安交通大學李洋研究員課題組相繼發展了以甲酸爲中間體的“一鍋兩步法”高效生物質制氫(Nat. Catal., 2018, 1, 332-338),通過生物質水解氧化得到的甲酸反應液作爲氫源還原硝基苯類化合物(ChemCatChem 2019, 11, 4189-4195)及喹啉類化合物(ChemCatChem 2021, 13, DOI: 10.1002/cctc.202101099)。同時,生物質水解氧化反應液中的礬元素活化甲酸,使甲酸歧化爲甲醛,因此,甲酸反應液也可以同時作爲綠色氫源和碳一源對喹啉類化合物進行氫化甲基化(Green Chem. 2021, 23, 2918-2924)DMSO促進生物質高效高選擇性制備甲酸是實現這些轉換的先決條件。

近日,我院李洋研究員團隊與鄭州大學藍宇教授合作,通過實驗及理論計算,揭示了DMSO通過氫鍵誘導使生物質中的纖維素和半纖維素高效高選擇性轉換爲甲酸, 具體爲反應中微量DMSO和生物質水解氧化過程中的中間體葡萄糖, 乙醇醛及乙二醛的醛基在水中生成的偕二醇産生氫鍵, 分別抑制了葡萄糖異構化爲果糖, 乙醇醛氧化爲乙醇酸, 乙二醛氧化爲乙醛酸, 促使生物質高選擇性水解氧化轉換爲乙二醛, [V5+]對乙二醛進行氧化斷裂, 最終高選擇性得到甲酸(圖1)。

1 DMSO 促进生物质高效制备甲酸路径圖

並發展了微量DMSO實現釩和硫酸高效循環催化生物質制備甲酸的方法。通過補加微量的DMSO並對體系進行預加熱,可實現10克級生物質制備甲酸的催化循環(2)

2  10克级规模的生物质制备甲酸的循环示意圖

該成果以論文形式發表在綠色化學領域國際權威期刊《Green Chemistry》(IF10.182),論文題目爲“Practical DMSO-promoted selective hydrolysis–oxidation of lignocellulosic biomass to formic acid attributed to hydrogen bonds”。前沿院博士生郭晏君是本文的第一作者,前沿院和動力工程多相流國家重點實驗室爲該論文的第一通訊單位。鄭州大學藍宇教授,李世俊博士完成了這項研究的理論計算。該工作得到國家重點研發計劃項目(編號:2018YFB1501601)資助。

全文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/GC/D1GC02265B.

李洋研究員課題組鏈接:http://gr.xjtu.edu.cn/web/liyang79/home

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