谢海波教授团队在纤维素的衍生化溶解体系CO2/DBU/DMSO中制备新型聚离子液体功能材料取得新进展

    纤维素作为全球含量最丰富的生物质材料，具有可再生可降解等优势，将纤维素用到人们的日常生活中，有一定的社会意义。为此不断有人对纤维素进行改性，赋予纤维素不同的性能，以满足不同的应用场景，纤维素的均相改性是制备纤维素材料的高效途径。纤维素是一种半结晶性聚合物，分子间有很强的氢键作用，使其不易溶解于常规溶剂，在之前的工作中，贵州大学谢海波教授课题组以DMSO/超强有机碱/CO2衍生化溶剂（Green Chem., 2015, 17, 2758–2763，ChemSusChem, 2015, 8, 3217-3221）溶解纤维素，对其均相改性，制备了一系列纤维素衍生物（Green Chem., 2020, 22, 707-717, Green Chem., 2021, 23, 2352-2361,

Polymers, 2019, 11, 994, Chemical Engineering Journal., 2019, 372, 516-525）。

     纤维素聚离子液体电解质同时具备生物质材料与聚离子液体的特性，近日，谢海波课题组以CO2/DBU/DMSO溶解体系作为纤维素溶解与衍生化的平台，反应过程不需要添加其他的催化剂，衍生化溶解纤维素后，加入丁二酸酐即可制备质子酸型的聚离子液体（CPIL），溶剂体系有机碱即作为纤维素溶解溶剂的重要组分，同时又作为纤维素与丁二酸酐反应的催化剂及纤维素聚质子型离子液体的阳离子部分。通过控制投料比、反应温度和反应时间，制备了不同取代度的纤维素聚离子液体。同时发现，纤维素纤维素聚离子液体电解质具有良好的水溶性，可做为催化剂，水相催化经典的有机合成反应：Knoevenagel 缩合反应。催化反应过程以苯甲醛和氰乙酸乙酯为模型化合物，通过改变催化剂用量、反应温度和反应时间，得到了催化产率最高的反应条件，即当催化剂用量为10 mol%时，在80 ℃条件下反应3 h 能够取得最高的催化产率。为了验证该催化剂的适用性，选用了多种醛基化合物和活性亚甲基的化合物作为反应物，取得了一系列的产物和产率，由此证明以DBU 为有机碱的纤维素聚离子液体对于催化Knoevenagel 缩合反应具有普适性。且纤维素聚离子液体可回收再利用，其催化剂循环使用5次的产率只有略微降低，循环使用效果良好。

    本研究以一种简便且原子经济的方式成功制备了不同取代度的水溶性纤维素聚离子液体电解质，该聚离子液体水溶液可作为Knoevenagel缩合反应的催化剂，且聚离子液体水溶液可回收利用。该研究为使用具有可调特性的纤维素来制备绿色功能性电解质材料提供了一种简便的原子经济策略。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”为题发表在Green Chemistry，2021，DOI: 10.1039/D1GC03148A。该论文第一作者为贵州大学材料与冶金学院硕士研究生申雨情，通讯作者为谢海波教授。该项工作得到了国家自然科学基金（NSFC 21774028; 21574030; 51803038）, 贵州省科技厅(批准号: ZK[2021]Key023, [2017]5788, [2016]1402); 平台与人才建设项目(批准号: [2016]5652; [2019]5607)。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/gc/d1gc03148a