酸性低共熔溶剂协同催化木质素高效脱甲基化及其功能化应用研究

针对传统木质素脱甲基化工艺存在 hazardous solvents（危险溶剂）、高浓度卤素试剂及苛刻反应条件等问题，研究人员创新性地采用[ChCl][LA]（氯化胆碱/乳酸）酸性低共熔溶剂(DES)耦合低剂量HBr（4.7 wt%）催化体系，在100°C温和条件下实现木质素β-O-4醚键高效断裂（效率提升45倍）和脱甲基化，所得产物酚羟基含量提升76%（达4.87 mmol g?1），其抗氧化性能超越商业BHT，并成功应用于大豆蛋白复合材料功能强化。该研究为绿色木质素高值化提供了新范式。

　　

木质素作为植物细胞壁中储量最丰富的天然芳香族聚合物，每年全球工业领域产生超过5000万吨技术木质素，但因其复杂结构和低反应活性，目前主要被用作低价值燃料。传统脱甲基化方法依赖氯仿、DMF等危险溶剂和50 wt%高浓度氢溴酸，需在200°C以上高温持续反应15小时，不仅环境不友好，且效率低下（仅1%）。如何实现木质素的绿色高效转化，成为生物质资源化利用的"卡脖子"难题。

江苏农业科技创新基金支持下的研究人员在《International Journal of Biological Macromolecules》发表突破性成果。他们创新性地将酸性低共熔溶剂(DES)与微量HBr（4.7 wt%）协同催化，建立了一种温和高效的木质素改性新策略。研究采用核磁共振(¹H NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和二维HSQC NMR等技术，系统分析了木质素结构演变规律；通过DPPH和ABTS自由基清除实验评价抗氧化活性；并构建大豆蛋白复合膜验证应用效果。

Results and discussion

1. 溶剂体系优化：对比传统HBr/DMF体系，[ChCl][LA] DES将脱甲基效率从1%提升至45%，酚羟基含量从2.76增至4.87 mmol g^?1，分子量显著降低。
2. 机制解析：DES通过质子化α-羟基生成苄基碳正离子，促进β-O-4、β-5和β-1亚结构断裂，同步实现木质素解聚和脱甲基化。
3. 功能验证：改性木质素DPPH清除率较原料提升2.3倍，优于BHT；作为大豆蛋白膜添加剂时，拉伸强度、韧性和耐水性同步提升。

Conclusions
该研究首次揭示了[ChCl][LA] DES的双重功能机制——既作为溶解介质又作为裂解催化剂，与低浓度HBr产生显著协同效应。相较于传统方法，新工艺反应时间缩短73%（4小时），卤素试剂用量降低90%，且全过程采用生物基溶剂。所得脱甲基木质素不仅抗氧化性能突出，更在生物基复合材料领域展现出独特优势，为木质素定向转化为高附加值产品提供了绿色新路径。这项工作被评价为"木质素化学领域的重要突破"，其"DES介导的温和催化"理念对生物质精炼行业具有普适性指导意义。