近日，北京林业大学严传玉博士、薛智敏教授在Angewandte Chemie International Edition期刊 (IF:17) 发表题为“Deep Depolymerization of Lignin via Reductive Acidolysis Yielding Copious Aromatics Thoroughly Revealed by NMR Chromatography”的研究论文。

木质素高值化利用通常需要通过解聚将其转化为小分子化合物。然而其高分子骨架中富含稳定的C–O和C–C键，使得解聚过程极具挑战性。目前，加氢反应仍是最为高效的木质素解聚途径。但是，该过程通常依赖贵金属催化剂，并需在高温高压条件下进行，从而在很大程度上限制了木质素的大规模高效转化。

针对木质素解聚，该工作构建了一种基于离子液体 + 有机酸的还原酸解（RAD）体系。通过在含碘阴离子的离子液体中引入乙酸等温和有机酸，在体系中原位生成强酸性和强还原性的碘化氢（HI）。HI能够高效断裂木质素中占主导地位的C–O键，同时也可将苄位羟基还原为更稳定的结构，从而有效抑制酸性条件下常见的缩聚副反应。值得特别强调的是，该体系在常压和低至60°C的温和条件下运行，对木质素侧链的C–C键影响有限，因此能够较好地保留木质素单体的骨架结构。图1给出了该还原酸解木质素深度解聚的实验步骤，代表性的木质素结构和具有全面代表性的木质素模型化合物的还原酸解机理。

图1 还原酸解木质素深度解聚：（a）实验步骤；（b）代表性的木质素结构；（c）全面模型化合物机理研究

研究引入了核磁共振色谱技术（NMR chromatography）表征木质素解聚后的复杂混合物。这一二维核磁分析方法将氢谱化学位移与分子扩散系数相结合：前者用于推断化学结构，后者则类似于常规色谱中的“保留时间”，用于区分不同分子。二者联用可在无需标准品的情况下准确解析复杂产物中分子的类型与结构。因此，核磁共振色谱能够以更短的时间和更低的成本完成对解聚产物的全面分析，有助于快速筛选催化剂与优化解聚体系。从 GC谱图（图2a）可见，所有模型化合物反应后均检测到明确的芳香族产物峰（如 R-1 对应苯酚 P-1、甲苯 P-2），可量化模型化合物转化率近 100%，证明该RAD 体系能高效断裂木质素中关键的 C-O 键（如 β-O-4、甲氧基）。而 DOSY NMR 谱图（图 2b 至 2f）则弥补了 GC 的局限：例如 R-5 的产物 P-13、P-14，因含苯环相邻双键与羟基，在 GC 柱温下易分解而未显峰，但在 DOSY 谱中通过扩散系数与化学位移（芳香区 > 6 ppm）可明确识别；R-3 仅发生脱甲氧基反应，其 DOSY 谱（图 1d）仅出现单一产物峰（P-9），与 GC 结果完全一致，进一步证实反应路径的专一性。

图2 采用 (a) 气相色谱和(b–f) ¹H 核磁共振扩散排序谱分析模型化合物还原酸解反应混合物中分离得到的产物

该研究成功实现了对低共熔溶剂（DES）提取的杨木木质素与商用脱碱木质素的深度解聚，解决了传统方法依赖贵金属、高压氢气的核心缺陷；通过 DOSY NMR 明确了产物结构，为木质素高值化提供了高效、低成本的技术路径；后续需优化溶剂再生工艺，并解决水溶性产物流失问题，以推动工业化应用。

材料学院博士研究生胡启鲁为第一作者，北京林业大学为第一完成单位，中国人民大学和西悉尼大学合作参与了该研究。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.202511535