木质纤维素类生物质是一种储量丰富的有机可再生碳资源，主要包含纤维素、半纤维素和木质素三大组分，可用于制备燃料、化学品和材料。这类生物质结构复杂且致密，含多种化学连接键和氢键网络，通过分离技术打破复杂结构是实现全组分选择性催化转化的基础。当前的大多数组分分离技术聚焦于纤维素和半纤维素的高值化利用，分离过程中木质素往往发生不可控的重聚，导致得到的木质素反应活性低，进一步解聚利用难。催化分离是近年来发展的一种选择性分离生物质组分的新技术，特别是还原催化分离可以将生物质中的木质素选择性分离解聚，同时保留固体纤维素和半纤维素，但是该过程所使用的催化剂金属负载量较高，反应机理不明。

 近日，中国科学院广州能源研究所廖玉河研究员团队和东南大学马隆龙教授团队开发了应用于还原催化分离生物质的低负载量的钌基催化剂，实现了在氢气条件下选择性转化生物质中木质素得到高收率的4-丙基取代单酚，在氮气条件下得到4-丙烯基取代单酚，且保留了纤维素（>90%）和半纤维素（>75%）。该催化剂适用于桦木、杨木、松木和玉米秸秆等生物质原料。

 为进一步阐明木质素的分离解聚机理，开展了转化含有不同结构的木质素模型化合物和氘带实验研究，揭示了在生物质分离过程中溶于溶剂的木质素大分子片段会先发生C_γ-OH的脱除，然后再发生C_α-OH和β-O-4键的断裂得到4-丙烯基取代单酚，进一步加氢可以得到4-丙基取代单酚。该研究工作为木质纤维素类生物质组分的选择性分离和木质素定向解聚的催化剂开发提供了新思路。

Reductive Catalytic Fractionation of Lignocellulose Toward Propyl- or Propenyl-Substituted Monomers and Mechanistic Understanding

Haiyun Huang, Xinghua Zhang, Longlong Ma, Yuhe Liao

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202502545