近日，北京成品人和一品二品的区别生命学院绿色生物制造团队通过质子溶剂与质子型离子液体（PILs）的协同作用策略（图1），实现了在无卤条件下木质素绿色高效脱甲基化制备多酚的研究新进展。相关成果以“Protic solvent-boosted lignin demethylation in protic ionic liquids”为题发表于国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》（IF = 13.2），论文第一作者为博士后刘逸尘，孙剑教授为通讯作者，北京成品人和一品二品的区别为第一作者通讯单位。

图1. 质子溶剂促进[EOA][OAc]中木质素脱甲基反应

木质素作为自然界中唯一的可再生芳香族高分子材料，其酚羟基含量的高效提升，对于拓展其在皮革鞣制、胶黏剂、树脂等绿色领域的应用具有至关重要的意义。然而，基于含卤试剂的传统方法大多存在腐蚀性强、环境风险高和回收成本大等问题，限制了其大规模应用。为此，团队在前期研发的低成本、无卤PILs基础上（ACS Sustainable Chem. Eng. 2024, 12, 26, 9682；Chem. Eng. J. 2022, 443, 136486），进一步引入质子溶剂，通过显著增强PIL的离子特性并降低体系黏度，有效加速了反应进程。在优化的反应条件（[EOA][OAc]，70 ℃，水含量50 wt%）下，木质素脱甲基效率达到25.3%（图2），相较于纯PIL体系，该效率实现了数倍提升。

图2. 在60 °C（a）、70 °C（b）、80 °C（c）、90 °C（d）下，水含量对[EOA][OAc]-水体系下木质素脱甲基的影响

研究表明，水的引入可使体系黏度降至约为初始值的1/34，显著改善反应传质条件；也可强化[EOA][OAc]的离子化程度，促进了由[OAc]^-诱发的S_N2机理木质素脱甲基。同时，水在该体系中兼具双重功能：作为共溶剂可加速木质素脱甲基进程，作为反溶剂则能实现木质素的分离沉淀；这一特性使离子液体的分离与回收操作更简便。初步能耗评估结果显示，本研究发展的含水PIL体系回收方法，相较于传统的纯离子液体回收方法，可降低约44%的能耗（图3a），并大幅缩短干燥时间。

图3. （a）[EOA][OAc]-水体系中，水蒸发量与对应能耗（80 °C、0.2 atm）；（b）本工作的流程及能耗降低示意图

本研究揭示了通过调控PIL离子化程度与溶剂微环境以优化木质素脱甲基效率的作用机制，进一步丰富和完善了无卤条件下制备木质素多酚的绿色技术与策略。与以往依赖木质素完全溶解的均相体系不同，本工作以水为共溶剂构建部分非均相体系，通过提升离子液体的阴阳离子解离并降低体系黏度，有效改善了体系的传质与传热效率，最终实现脱甲基化反应效率的显著提升（图3b）。此外，所得多酚化木质素已展现出在生态皮革鞣制及酚醛树脂替代领域的应用潜力，这对推动可持续生物质材料的发展具有重要意义。

全文链接：http://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168825

附团队简介：

绿色生物制造团队围绕国家“双碳”和可持续发展战略需求，注重化学、生物、化工、材料等多学科交叉融合，开展功能化离子液体基础及应用研究，具体方向包括功能化离子液体设计及微环境作用，生物基化学品和材料合成，光、电、热、生物等过程耦合，以及仿生功能器件构建等。