《微波輻射催化木素溶劑解聚的化學反應機理研究》是依託南昌大學，由劉玉環擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微波輻射催化木素溶劑解聚的化學反應機理研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：劉玉環
- 依託單位：南昌大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
木素是由具有苯丙烷結構的單體聚合成的體型大分子聚合物，是生物質基酚類化學品的可再生寶藏。從木素解聚獲取低聚態組分或木素單體,作為酚類化學品製備的前體材料,是生物質能源與材料領域研究熱點。已經明確了酚型木素比非酚型木素反應活性高；木素熱裂解、水（溶劑）熱裂解主要作用於聯結木素單體之間的醚鍵，如β-O-4聯結；而聯苯型的C-C鍵如5-5'聯結解聚要困難很多，一般都須藉助高溫高壓、強氧化劑氧化或加氫還原的方法才能部分實現。由於反應條件苛刻，目前木素解聚反應選擇性差，反應產物多為偏大的多聚體，且因次生縮合殘留大量焦化產物。本研究擬採用微波輻射、催化劑、溶劑（溶脹劑和供氫體）共建溫和（常壓和溶劑回流溫度）的木素綠色化學解聚環境，藉助木素單體模型化合物、β-O-4型和5-5'聯苯型二聚體模型化合物和經純化的醇溶木素，探討甲氧基、β-O-4和5-5'聯結解聚的多組分串聯反應機理並建立木素解聚動力學模型。
結題摘要
有機木質素是指通過有機溶劑製漿提取的木質素，該木素具有相對完整的木素多聚體的基本結構，是獲取生物質基酚類物質的重要來源。通過研究有機木素在環保型溶劑中的解聚機理可以為木素類的增值利用提供很好的理論支撐。本項目以有機溶劑提取的毛竹木素作為研究對象，用微波作為輔助條件，通過不同的方法探究木素解聚過程中的核心問題——木素苯丙烷單體之間的化學鍵的斷裂化學反應特點。 本項目通過在不同的溶劑和溶劑組合（溶脹劑和供氫溶劑）、催化劑（固體酸、固體鹼、加氫催化劑）、微波暴露量、初始質量密度等條件下，研究木素中醚鍵（主要為β-O-4）、Cβ-Cβ、苯環之間的碳碳鍵（C-C）分別在溫和的綠色化學反應條件下化學鍵斷裂的化學反應機理。還研究供氫體和催化劑在微波輻射的條件下對增加目標產物以及其降低反應活化能的效應，此外還研究了供氫體在反應過程中對木素的催化斷鍵機理。為高效獲得低聚木素碎片提供科學依據。在醇和酸的混合溶劑中，兩者在微波條件下提供部分的活性氫原子可以直接還原催化C-C鍵以及醚鍵。從而證明木素在微波條件下溫和的解聚成酚的途徑是可行的。 項目組進而以木素及其模型化合物為原料，開展了在溫和的綠色化學反應環境下，供氫劑促進木素結構單元之間鍵的選擇性斷裂規律的研究。研究證實了微波輻射促進了極性分子偶極旋轉，進而促進木素在解聚的不同階段有活潑過渡態生成，形成綠色化學反應條件下木素溶劑解聚的多組分串聯反應的優勢，使解聚反應速率常數升高，表觀活化能下降。研究表明木素的解聚反應中鍵的斷裂順序順著β-O-4斷裂、Cβ-Cβ、 聯苯型C-C聯結斷裂次序進行。本項目獲得了微波輔助木素催化解聚成酚類和低聚酚類的化學機理與反應規律研究的重要數據。拓寬了木素作為香精、抗氧化劑、樹脂合成前體的套用前景。研究表明木素聚合體中苯環之間的C-C聯接位阻最大，後續研究將力爭突破在木素的有機溶劑相中高效的固相加氫催化聯苯型C-C聯接的作用機理，獲取木素溶劑高效解聚的密鑰。
