通过疏水性工程化的两亲离子液体实现纤维素的快速且高效溶解

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Rapid and Protective Dissolution of Cellulose via Hydrophobicity-Engineered Amphiphilic Ionic Liquids

可持续高分子材料需求增长催生新型纤维素溶解技术。研究团队通过设计两亲性离子液体（AILs）平台，成功实现纤维素高效溶解且保持高聚合度。分子动力学模拟表明，AILs亲水基团破坏氢键促进溶解，疏水链包裹糖苷键抑制降解。该技术能耗低、废料少，符合绿色化学原则和循环经济需求，为生物基材料加工提供新范式。

　　

随着全球对可持续聚合物需求的不断增加，迫切需要能够将纤维素原料转化为高性能材料的可扩展生产工艺。然而，在不牺牲纤维素（CEL）原始聚合度（DP）的前提下实现其高效溶解和再生，仍然是纤维素材料加工中的核心挑战。在这里，我们介绍了一种经过疏水工程改造的两亲性离子液体（AILs）平台，该平台能够解决这一难题。通过将长度可调的烷基链接枝到超碱阳离子上，合成了一系列类似的AILs。这些AILs溶解CEL的速度比现有的咪唑鎓离子液体快5倍，同时保持了接近原始聚合物的聚合度。长时间尺度（300纳秒）的分子动力学模拟表明，阳离子的疏水尾部能够保护糖苷键免受链断裂的影响，而离子成分则破坏了链间和链内的氢键，从而促进溶解过程。这种温和且高效的处理方法降低了能源消耗和化学废物产生，从而减少了生物基材料生产对环境的影响。通过使用可设计、可回收的AILs，该方法符合绿色化学原则，并支持循环经济的发展。这些发现表明，离子液体的两亲性调控可以作为一种实用的设计原则，用于温和高效地处理可持续的生物基材料。