梁長海教授團隊在生物質醛糖催化轉化領域研究進展
近年來，葡萄糖多相催化法制葡萄糖酸得到廣泛關注，以期替代現(xiàn)有的生物催化法。然而，葡萄糖催化脫氫研究還非常有限，脫氫機理尚不完全清楚，直接限制了其實際應用。因此，詳細研究生物質催化轉化的化學機理可以實現(xiàn)其更廣泛的應用，并指導催化劑的理性設計。
? ? ?近日，大連理工大學梁長海課題組報道了關于葡萄糖脫氫生成葡萄糖酸（鹽）和氫氣的半縮醛脫氫路徑及其反應網絡。在室溫（30oC）常壓下，葡萄糖為底物，氫氧化鉀為添加劑，Pt/CNTs為催化劑實現(xiàn)了~90%的葡萄糖酸（鹽）和氫氣收率。同位素標記實驗及中間體捕獲實驗證實：在室溫條件下，葡萄糖經由吡喃糖環(huán)結構直接脫氫生成內酯，內酯進一步水解生成目標產物。葡萄糖多相催化轉化為葡萄糖酸的主流報道認為葡萄糖首先經開環(huán)后由端基醛氧化為醛糖酸，即開環(huán)氧化路徑。密度函數(shù)理論(DFT)計算表明，半縮醛脫氫路徑比以往報道的開環(huán)氧化路徑消耗更少的能量。通過生物質衍生的其他己糖如半乳糖，甘露糖，果糖等進行底物拓展。結果表明具有半縮醛結構的醛糖可以通過半縮醛脫氫路徑進行此類反應，而不具有半縮醛結構的酮糖不進行反應。
圖1.葡萄糖脫氫反應及其反應機理
? ? 從資源稀缺性、安全性和環(huán)境問題的角度來看，化工行業(yè)正面臨越來越多的挑戰(zhàn)。立足“碳中和”發(fā)展，探索生物質催化轉化機理為可再生生物質綠色轉化提供指導，同時確保未來的可持續(xù)性。與以氧氣或過氧化氫為氧化劑對葡萄糖的選擇性氧化相比，葡萄糖脫氫制備葡萄糖酸不僅避免了氧化劑的使用，而且與傳統(tǒng)方法相比還產生了額外的綠氫。葡萄糖脫氫反應具有高效，步驟經濟，無氧化劑，原子經濟性等特點，為生物質平臺分子轉化提供了新的思路。
? ? 以上研究成果作為封面論文發(fā)表在Chemistry–An Asian Journal上。研究工作得到了遼寧省“興遼英才計劃”項目(XLYC1908033)、中央高?；究蒲袑ｍ椯Y金(DUT2021TB03)的資助。
? ? 全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/asia.202200138
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