木質(zhì)素是一種可持續(xù)資源，近年的一項研究提出了對甲苯磺酸催化耦合乙醇提取策略，使用可回收的對甲苯磺酸有效地裂解LCC鍵，并用乙醇作為穩(wěn)定劑抑制木質(zhì)素縮合。探究了反應(yīng)條件對木質(zhì)素提取效率和對其結(jié)構(gòu)的影響，并通過密度函數(shù)理論（DFT）計算和探討了生物質(zhì)的離解機(jī)理^[1]。

提取木質(zhì)素的意義

木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是自然界中最豐富的可持續(xù)資源。木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)的高效催化轉(zhuǎn)化可減少對石油工業(yè)的依賴。木質(zhì)纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。通過將纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)化為燃料乙醇和平臺化學(xué)品來有效利用綜纖維素已被廣泛報道，但由于木質(zhì)纖維素復(fù)雜的難降解結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行增值轉(zhuǎn)化仍然具有挑戰(zhàn)性。

木質(zhì)素作為一種芳香族生物聚合物，通過豐富的C?O?C（如 β-O-4、α-O-4、4-O-5）鍵和C?C鍵（如β-β、β-5、β-1、5-5）連接。這些化學(xué)鍵的催化解聚可以產(chǎn)生一系列芳香化合物，并可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為香料（如香蘭素）、樹脂或燃料。木質(zhì)素提取過程大量醚鍵的斷裂易形成穩(wěn)定的C?C鍵，形成縮合的木質(zhì)素，從而阻礙木質(zhì)素選擇性解聚為芳香單體。因此，需要開發(fā)非縮合木質(zhì)素的提取技術(shù)，實現(xiàn)解聚過程中高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)。

提取方法

通常，從生物質(zhì)中提取和純化木質(zhì)素是其利用的關(guān)鍵步驟。在提取過程中，木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合物（LCC）鍵斷裂，導(dǎo)致木質(zhì)素溶解度增加，并有助于木質(zhì)素從生物質(zhì)中剝離。有機(jī)溶劑提取法可以生產(chǎn)高純度的木質(zhì)素，并保護(hù)半纖維素和纖維素。然而，由于LCC鍵的頑固性，通常導(dǎo)致較低的提取效率。加入酸性催化劑可促進(jìn)LCC鍵的裂解，進(jìn)而有效地增強(qiáng)有機(jī)溶劑的提取。其中，對甲苯磺酸（p-TsOH）是一種兩親性芳基磺酸，其類似于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的芳香性質(zhì)，表現(xiàn)出優(yōu)異的斷裂LCC鍵和溶解木質(zhì)素的能力。然而，在提取過程中部分纖維素和半纖維素也被p-TsOH水解，導(dǎo)致碳水化合物的損失。

研究表明，通過添加特定的親核溶劑可以有效地減少碳水化合物損失并抑制新C?C鍵的形成。學(xué)者使用三種不同的溶劑體系（甲醇、乙酸和丙酮）提取木質(zhì)素，發(fā)現(xiàn)親核甲醇可以防止木質(zhì)素碎片的縮合。與甲醇相比，乙醇具有低毒、易回收、降低預(yù)處理成本的優(yōu)點，似乎是一種更有應(yīng)用前景的溶劑。

參考文獻(xiàn)

[1] Extraction of Noncondensed Lignin from Poplar Sawdusts with p-Toluenesulfonic Acid and Ethanol. Agric. Food Chem. 2021, 69, 37, 10838–10847.