近日，国际著名期刊《Green Chemistry》在线发表了我校材料科学与工程学院（生物质材料科学与技术教育部重点实验室）于海鹏教授课题组的最新研究成果 “Multiple hydrogen bond coordination in three-constituent deep eutectic solvent enhances lignin fractionation from biomass”。该成果围绕生物质资源绿色和高效的炼制策略，针对林木多尺度结构和复杂组分所形成的“解聚屏障”问题，深入探索了溶剂体系与生物质解聚的物理化学构效机理，以具有氢键缔合特性的低共熔溶剂（DES）有效打破“木质素—碳水化合物复合体（LCC）”为切入点，提出了酸性多位点受氢的思路，设计出可高效分离木质素的三元DES体系。
论文第一作者、我校2017级博士研究生夏芹芹介绍，研究以氯化胆碱和丙三醇为对象，采用密度泛函理论（DFT）及Kamlet-Taft溶剂化显色参数探索了氯化胆碱和丙三醇的分子几何构型、电子结构、氢键类型及强度、氢键酸性及受体能力，发现氯化胆碱/丙三醇DES中阴离子氢键和阳离子氢键作用使Cl-的受氢位点被“围困”，导致夺氢能力变弱；溶剂氢原子离域变小，氢键酸性变弱（α=0.77），缺乏有效的活性氢质子和酸位点，导致该体系无法有效破解LCC结构和溶解木质素。基于以上分析，作者提出利用AlCl3•6H2O的Lewis 酸性和多位点特性解救被“围困”的Cl-并构筑活性酸位点的策略，增强了溶剂分子对LCC结构中羟基靶位的竞争能力和亲密性。新溶剂具有极高的氢键酸度值（1.99）和显著提升的氢键接受能力（0.68）。经DFT计算、核磁测试等证明，该溶剂可与木质素单元结构形成强的氢键作用，有效断裂其内部的化学键如芳基醚键，由此木质素的分离效率可从3.61% 提高到95.46%，纯度达到94%。论文研究表明，通过量子化学计算可以深度解析DES的分子构效和溶剂化能力，并可揭示其在生物质处理时的失效原因，从而为溶剂的提质和增效提供解决方案。新型溶剂体系的可设计性强、制备简单、成本低廉、溶剂力强等优势，适合取代高成本、高毒害、高危险性、非绿色类型的溶剂，用于生物质组分高效分离与清洁再利用。这种策略也可为新型溶剂的设计提供理论参考，激发对生物质高效炼制和可控转化的研究热潮。
《Green Chemistry》是英国皇家化学学会旗下面向绿色化学领域的世界著名期刊，位列中国科学院期刊分区化学1区Top，影响因子为9.125。该研究工作得到了国家自然科学基金、黑龙江省杰出青年科学基金和中央高校基本科研业务费的支持。
文章链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/gc/c8gc00900g
