张涛等实现木质素基聚集诱导发光分子的定向制备

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近日，我所催化与新材料研究中心（1500组群）张涛院士、张波副研究员团队与南京林业大学蔡旭敏副教授和天津大学黄跟平教授合作，发展了催化解聚木质素β-O-4模型化合物定向制备聚集诱导发光（AIE）分子的新路线。
　　通过氮原子参与解聚木质素制备含氮芳香化合物是木质素高值化转化最直接的方法。AIE材料作为一种特殊的发光材料，因其独特的发光性质被广泛应用于光电器件和光学诊疗等领域。木质素含有大量的芳香基团和共轭结构，具有制备生物基（BioAIE）材料的天然优势。然而，木质素复杂的结构和顽固的性质，为其定向催化转化为具有螺旋桨结构的AIE材料带来挑战。

　　本工作中，研究团队利用希夫碱钒基催化剂，发展了一条通过断裂木质素β-O-4带γ-OH模型化合物C-O键制备咔唑衍生物的新路线，目标产物收率达到了92%。该反应体现了底物普适性，含不同官能团的β-O-4带γ-OH模型分子，以及带不同官能团的吲哚烯酮底物都可以转化为目标产物。此外，该团队通过控制实验与DFT计算相结合，确定了反应路径与催化剂对木质素的C-O键断裂的反应机理。在此基础上，该团队还研究了咔唑衍生物的光学性质，发现了基于咔唑的电子供体（Donor）能力和由这种独特的合成方法产生的苯甲酰基具有电子受体（Acceptor）行为，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内电荷转移（TICT）-AIE性质等。
　　该体系不需要外加氢或氧源，避免了对木质素进行预处理，提供了一种木质素高效催化转化制备BioAIE分子的新方法，同时也为BioAIE材料的开发提供新思路。
　　该团队前期发展了系列催化解聚木质素策略，实现木质素定向转化为酚类，多环烷烃、苄胺、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”为题，于近日发表在《自然—通讯》（Nature Communications）上。该工作的共同第一作者是我所1504组郭腾龙副研究员、南京林业大学蔺玉婷和天津大学潘登。上述工作得到国家自然科学基金项目的资助（文/图 朱文卿）。
　　文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41681-0
        文章来源：大连化物所
       张涛，男，汉族，1963年生。中共党员，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员。2013年当选为中国科学院院士。1989年在中国科学院大连化学物理研究所获博士学位，1989年至1990年在英国伯明翰大学做访问学者，回国后，历任大连化学物理研究所研究组副组长、组长、室主任、副所长、党委书记等职务，曾兼任国家催化工程技术研究中心主任，2007年2月至2017年2月任大连化学物理研究所所长。2016年12月任中国科学院副院长、党组成员。