酸催化生物质类化合物反应中溶剂效应研究新进展

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近日，中科院大连化物所张宗超研究员带领生物质转化技术研究团队与美国威斯康星大学Dumesic教授团队合作，在酸催化生物质类化合物反应中的溶剂效应研究方面取得新进展，相关文章发表在《能源与环境科学》上。

人类未来的发展，除了光、风、核、地热能之外，还需要可持续利用的清洁碳资源。生物质资源丰富、分布广、可再生、价格低廉，具有替代化石资源的巨大潜力。酸催化反应在生物质转化利用领域占有主要位置，包括原生木质纤维素的预处理过程，纤维素、半纤维素酸水解至糖类化合物过程，酸催化糖类化合物脱水至生物质基平台化合物过程。酸催化体系中的溶剂组成直接影响催化反应的活性、产物收率、理想产物稳定性以及产物分离率等。

研究团队在混合溶剂-极性非质子性溶剂/水中，B酸催化的7种生物质类模型化合物转化反应中的溶剂效应。该溶剂效应主要体现在质子从主体向反应物的迁移，以及碳正离子过渡态的形成这两个过程。科研人员结合经典的分子动力学模拟，从底物分子中的有效羟基比率、有机溶剂在底物的局部环境中以及本体环境中的分布、以及底物分子与水形成的氢键强度等方面分析，建立了多因素相关模型预测反应速率常数，且理论预测结果与实验所得反应速率常数相吻合。

这项工作对于理解酸催化反应体系中的溶剂效应具有重要的意义,并可望为生物质酸预处理以及纤维素、半纤维素酸水解制糖等重要转化过程提供选择溶剂的指导方法。