謝海波教授團隊在纖維素的衍生化溶解體系CO2/DBU/DMSO中制備新型聚離子液體功能材料取得新進展
纖維素作為全球含量最豐富的生物質材料，具有可再生可降解等優勢，將纖維素用到人們的日常生活中，有一定的社會意義。為此不斷有人對纖維素進行改性，賦予纖維素不同的性能，以滿足不同的應用場景，纖維素的均相改性是制備纖維素材料的高效途徑。纖維素是一種半結晶性聚合物，分子間有很強的氫鍵作用，使其不易溶解于常規溶劑，在之前的工作中，貴州大學謝海波教授課題組以DMSO/超強有機堿/CO2衍生化溶劑（Green Chem., 2015, 17, 2758–2763，ChemSusChem, 2015, 8, 3217-3221）溶解纖維素，對其均相改性，制備了一系列纖維素衍生物（Green Chem., 2020, 22, 707-717, Green Chem., 2021, 23, 2352-2361,
Polymers, 2019, 11, 994, Chemical Engineering Journal., 2019, 372, 516-525）。
纖維素聚離子液體電解質同時具備生物質材料與聚離子液體的特性，近日，謝海波課題組以CO2/DBU/DMSO溶解體系作為纖維素溶解與衍生化的平臺，反應過程不需要添加其他的催化劑，衍生化溶解纖維素后，加入丁二酸酐即可制備質子酸型的聚離子液體（CPIL），溶劑體系有機堿即作為纖維素溶解溶劑的重要組分，同時又作為纖維素與丁二酸酐反應的催化劑及纖維素聚質子型離子液體的陽離子部分。通過控制投料比、反應溫度和反應時間，制備了不同取代度的纖維素聚離子液體。同時發現，纖維素纖維素聚離子液體電解質具有良好的水溶性，可做為催化劑，水相催化經典的有機合成反應：Knoevenagel 縮合反應。催化反應過程以苯甲醛和氰乙酸乙酯為模型化合物，通過改變催化劑用量、反應溫度和反應時間，得到了催化產率最高的反應條件，即當催化劑用量為10 mol%時，在80 ℃條件下反應3 h 能夠取得最高的催化產率。為了驗證該催化劑的適用性，選用了多種醛基化合物和活性亞甲基的化合物作為反應物，取得了一系列的產物和產率，由此證明以DBU 為有機堿的纖維素聚離子液體對于催化Knoevenagel 縮合反應具有普適性。且纖維素聚離子液體可回收再利用，其催化劑循環使用5次的產率只有略微降低，循環使用效果良好。
本研究以一種簡便且原子經濟的方式成功制備了不同取代度的水溶性纖維素聚離子液體電解質，該聚離子液體水溶液可作為Knoevenagel縮合反應的催化劑，且聚離子液體水溶液可回收利用。該研究為使用具有可調特性的纖維素來制備綠色功能性電解質材料提供了一種簡便的原子經濟策略。本研究以“Engineering cellulose into water soluble poly(protic ionic liquids) electrolytes in DBU/CO2/DMSO solvent system as organocatalyst for Knoevenagel condensation reaction”為題發表在Green Chemistry，2021，DOI: 10.1039/D1GC03148A。該論文第一作者為貴州大學材料與冶金學院碩士研究生申雨情，通訊作者為謝海波教授。該項工作得到了國家自然科學基金（NSFC 21774028; 21574030; 51803038）, 貴州省科技廳(批準號: ZK[2021]Key023, [2017]5788, [2016]1402); 平臺與人才建設項目(批準號: [2016]5652; [2019]5607)。
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