AlCl3与甘油/ChCl在三种组分深共晶体系中协同作用对木质素转化及溶解的影响

《ChemSusChem》：Synergistic Effect of AlCl3 and Glycerol/ChCl in the Conversion and Dissolution of Lignin in Three-Constituent Deep Eutectics

“Lignin-first”策略中，甘油/ChCl/AlCl3·6H2O三组分深熔盐溶剂通过分子动力学模拟和密度泛函理论计算揭示：Al3+与甘油形成配位化合物[Al(C3H8O3)2]^3+，通过Lewis酸催化降低木质素β-O4键断裂能垒24 kcal/mol，协同阳离子-阴离子对增强溶剂极性，实验证实该机制有效提升木质素解聚效率，为溶剂系统设计提供新思路。

　　

摘要

“木质素优先”方法在生物质利用方面受到了广泛关注。深共晶溶剂（DESs）具有多功能性和可调性的优点，其中三组分DES（甘油/ChCl/AlCl₃·6H₂O）在生物质分离中的木质素提取方面表现出高效性。本文详细研究了这种三组分DES在分子层面对木质素分离效率的影响。分子动力学模拟表明，甘油和ChCl与木质素的小片段之间存在强烈的相互作用。研究发现，氯离子主要通过静电作用参与木质素与溶剂之间的相互作用，而胆碱阳离子和甘油则通过范德华力提供强相互作用，这也促进了木质素小片段的溶解度提高。根据密度泛函理论（DFT）计算，Al³⁺更倾向于与甘油配位，形成螯合的[Al(C₃H₈O₃)₂]³⁺，该复合物可以通过路易斯酸催化作用有效促进木质素中β-O-O₄键的断裂，包括通过E1反应和马尔科夫尼科夫反应实现羟基的异构化，从而显著降低能量障碍约24 kcal mol^?1，有利于木质素的分离。这一机制也得到了实验验证。本研究为溶剂预处理中的木质素分离提供了深入的理解，为设计更高效的生物质利用溶剂系统提供了指导。

图形摘要

Al³⁺（断裂β-O-O₄键）与甘油/ChCl（提供强的总能量E_total和适当的溶剂化自由能ΔG_sol）的协同作用促进了木质素的分离。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。