我所實現木質素基聚集誘導發光分子的定向制備

發布時間：2023-10-11 16:15 原文鏈接：我所實現木質素基聚集誘導發光分子的定向制備

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　　近日，我所催化與新材料研究中心（1500組群）張濤院士、張波副研究員團隊與南京林業大學蔡旭敏副教授和天津大學黃跟平教授合作，發展了催化解聚木質素β-O-4模型化合物定向制備聚集誘導發光（AIE）分子的新路線。

　　通過氮原子參與解聚木質素制備含氮芳香化合物是木質素高值化轉化最直接的方法。AIE材料作為一種特殊的發光材料，因其獨特的發光性質被廣泛應用于光電器件和光學診療等領域。木質素含有大量的芳香基團和共軛結構，具有制備生物基（BioAIE）材料的天然優勢。然而，木質素復雜的結構和頑固的性質，為其定向催化轉化為具有螺旋槳結構的AIE材料帶來挑戰。

　　本工作中，研究團隊利用希夫堿釩基催化劑，發展了一條通過斷裂木質素β-O-4帶γ-OH模型化合物C-O鍵制備咔唑衍生物的新路線，目標產物收率達到了92%。該反應體現了底物普適性，含不同官能團的β-O-4帶γ-OH模型分子，以及帶不同官能團的吲哚烯酮底物都可以轉化為目標產物。此外，該團隊通過控制實驗與DFT計算相結合，確定了反應路徑與催化劑對木質素的C-O鍵斷裂的反應機理。在此基礎上，該團隊還研究了咔唑衍生物的光學性質，發現了基于咔唑的電子供體（Donor）能力和由這種獨特的合成方法產生的苯甲酰基具有電子受體（Acceptor）行為，以及三角形A-D-A骨架的建立使得咔唑分子具有扭曲的分子內電荷轉移（TICT）-AIE性質等。

　　該體系不需要外加氫或氧源，避免了對木質素進行預處理，提供了一種木質素高效催化轉化制備BioAIE分子的新方法，同時也為BioAIE材料的開發提供新思路。

　　該團隊前期發展了系列催化解聚木質素策略，實現木質素定向轉化為酚類，多環烷烴、芐胺、嘧啶和喹啉衍生物等化合物（Green Chem.，2019；ACS Sustainable Chem. Eng.，2019；ChemSusChem.，2020；J. Energy Chem.，2022；Angew. Chem. Int. Ed.，2021；Nature Commun.，2022；Angew Chem. Int. Ed.，2022）。

　　上述研究成果以“Towards bioresource-based aggregation induced emission luminogens from lignin β-O-4 motifs as renewable resources”為題，于近日發表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該工作的共同第一作者是我所1504組郭騰龍副研究員、南京林業大學藺玉婷和天津大學潘登。上述工作得到國家自然科學基金項目的資助（文/圖朱文卿）。

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41681-0

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