近日，大連化物所有機(jī)催化研究組（DNL0601）徐杰研究員、馬紅副研究員等在氫鍵可控重構(gòu)方面的研究取得新進(jìn)展，建立了氫鍵結(jié)合能測定新方法，并將其應(yīng)用于預(yù)測和實現(xiàn)生物質(zhì)羥基氫鍵的可控裁剪和重構(gòu)過程。
氫鍵的識別和裁剪，是生物質(zhì)資源化利用的關(guān)鍵問題之一。木質(zhì)纖維素等生物質(zhì)資源結(jié)構(gòu)中富含羥基，存在大量分子內(nèi)和分子間氫鍵，使生物質(zhì)體系的溶解和轉(zhuǎn)化難度增大。有目的地破壞生物質(zhì)體系中原有的氫鍵，尋求能夠識別并裁剪“氫鍵”的分子剪刀，使得氫鍵結(jié)構(gòu)發(fā)生可控性重構(gòu)或轉(zhuǎn)變，是生物質(zhì)資源高效催化轉(zhuǎn)化為生物基能源和生物基材料的瓶頸。
“分子剪刀”實現(xiàn) -纖維素轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素膜材料示意圖
該研究團(tuán)隊開展了生物質(zhì)羥基化合物氫鍵識別、裁剪及氫鍵能量測定新方法研究。在前期研究中，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)羥基化合物的羥基氫核磁位移的自然對數(shù)與溫度倒數(shù)存在線性關(guān)系（Chem. Commun., 2015, 51, 1077-1080），提出了利用核磁技術(shù)測定羥基化合物自身氫鍵結(jié)合能的新方法（J. Phys. Chem. A, 2018, 122, 843-848）。在此基礎(chǔ)上，本工作通過大量的理論推證和實驗數(shù)據(jù)，建立起不同質(zhì)子接受體和羥基化合物之間形成新的氫鍵結(jié)合能的測定方法；根據(jù)新氫鍵與羥基自身氫鍵結(jié)合能的差值，可以預(yù)判質(zhì)子接受體是否可以成為“分子剪刀”，是否具有能力裁剪羥基自身氫鍵并重構(gòu)形成新的氫鍵。依據(jù)該方法，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種包含質(zhì)子接受體的氫鍵重構(gòu)低共熔（DES）體系，成功將 -纖維素粉末轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯乃z和平整的纖維素膜材料，改變了 -纖維素粉末原有的晶體結(jié)構(gòu)及形態(tài)。這項研究為預(yù)測和實現(xiàn)氫鍵的可控裁剪和重構(gòu)提供了一種新的方法。
相關(guān)成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc.）上，并已申請中國發(fā)明專利。以上研究工作得到國家自然科學(xué)基金項目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項A類“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)及示范”項目等資助。（文/圖 羅楊、馬紅）
