近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化與新材料研究中心主任、中國科學(xué)院院士張濤，副研究員張波團(tuán)隊與南京林業(yè)大學(xué)蔡旭敏副教授和天津大學(xué)黃跟平教授合作，發(fā)展了催化解聚木質(zhì)素 -O-4模型化合物定向制備聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）分子的新路線。
通過氮原子參與解聚木質(zhì)素制備含氮芳香化合物是木質(zhì)素高值化轉(zhuǎn)化最直接的方法。AIE材料作為一種特殊的發(fā)光材料，因其獨(dú)特的發(fā)光性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于光電器件和光學(xué)診療等領(lǐng)域。木質(zhì)素含有大量的芳香基團(tuán)和共軛結(jié)構(gòu)，具有制備生物基（BioAIE）材料的天然優(yōu)勢。然而，木質(zhì)素復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和頑固的性質(zhì)，為其定向催化轉(zhuǎn)化為具有螺旋槳結(jié)構(gòu)的AIE材料帶來挑戰(zhàn)。
大連化物所實現(xiàn)木質(zhì)素基聚集誘導(dǎo)發(fā)光分子的定向制備
本工作中，研究團(tuán)隊利用希夫堿釩基催化劑，發(fā)展了一條通過斷裂木質(zhì)素 -O-4帶 -OH模型化合物C-O鍵制備咔唑衍生物的新路線，目標(biāo)產(chǎn)物收率達(dá)到了92%。該反應(yīng)體現(xiàn)了底物普適性，含不同官能團(tuán)的 -O-4帶 -OH模型分子，以及帶不同官能團(tuán)的吲哚烯酮底物都可以轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物。此外，該團(tuán)隊通過控制實驗與DFT計算相結(jié)合，確定了反應(yīng)路徑與催化劑對木質(zhì)素的C-O鍵斷裂的反應(yīng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊還研究了咔唑衍生物的光學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了基于咔唑的電子供體（Donor）能力和由這種獨(dú)特的合成方法產(chǎn)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(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（TICT）-AIE性質(zhì)等。
該體系不需要外加氫或氧源，避免了對木質(zhì)素進(jìn)行預(yù)處理，提供了一種木質(zhì)素高效催化轉(zhuǎn)化制備BioAIE分子的新方法，同時也為BioAIE材料的開發(fā)提供新思路。
該團(tuán)隊前期發(fā)展了系列催化解聚木質(zhì)素策略，實現(xiàn)木質(zhì)素定向轉(zhuǎn)化為酚類，多環(huán)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 -O-4 motifs as renewable resources”為題，于近日發(fā)表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該工作的共同第一作者是大連化物所副研究員郭騰龍、南京林業(yè)大學(xué)藺玉婷和天津大學(xué)潘登。上述工作得到國家自然科學(xué)基金項目的資助。
