山西煤化所在甲殼素類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制備含氮精細(xì)化學(xué)品研究中獲進(jìn)展

　　脫氧果糖嗪（Deoxyfructosazine, DOF）既是一種重要的香料潛香物，又有較強(qiáng)的生理活性和藥用價(jià)值，特別在預(yù)防和治療Ⅱ型糖尿病及其并發(fā)癥方面有較好療效。果糖嗪（Fructosazine, FZ）對(duì)DNA的斷裂比其衍生物脫氧果糖嗪有更高的活性。果糖嗪類的制備一般通過(guò)還原糖（如葡萄糖）與外加氮源（如乙酸銨、碳酸銨、甲酸銨、磷酸氫二銨等）縮合，制備過(guò)程復(fù)雜，選擇性差，產(chǎn)率低。

　　中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所山西省生物煉制工程技術(shù)研究中心主任侯相林帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，提出使用功能化離子液體作為催化劑，催化甲殼素類生物質(zhì)氨基葡萄糖（GlcNH2）轉(zhuǎn)化制備DOF和FZ。與傳統(tǒng)的陸生生物質(zhì)資源相比，GlcNH2除了碳?xì)溲跞N元素外，還含有氮元素，在催化反應(yīng)中可有效保留氮元素，氮原子的利用率達(dá)到100%。首先利用氫氧化1-丁基-3-甲基咪唑離子液體乙醇溶液作為催化劑，在相對(duì)溫和的條件下，實(shí)現(xiàn)了GlcNH2的高效轉(zhuǎn)化(RSC Adv., 2014, 4, 44253-44260)；在此基礎(chǔ)上，利用液體核磁共振技術(shù)（NMR），從分子水平上探究離子液體催化的微觀機(jī)制，發(fā)現(xiàn)離子液體1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽與GlcNH2之間存在強(qiáng)的氫鍵相互作用 (Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 23173-23182)；將原位核磁（In Situ NMR）和高斯量子化學(xué)計(jì)算結(jié)合探究反應(yīng)機(jī)理路徑，發(fā)現(xiàn)GlcNH2首先縮合脫水生成中間體二氫果糖嗪，進(jìn)而中間體經(jīng)兩條平行競(jìng)爭(zhēng)路徑生成DOF和FZ （Appl. Catal. B: Environ, 2017, 202, 420-429）?；诋a(chǎn)物DOF和FZ不同的生理活性和藥用價(jià)值，進(jìn)一步通過(guò)外加添加劑，選擇性調(diào)控產(chǎn)物分布。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)在離子液體催化甲殼素類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制備DOF和FZ的發(fā)明專利方面也取得了階段性成果，已獲得授權(quán)專利一項(xiàng)（ZL201410165325.5），正在審核兩項(xiàng)（專利申請(qǐng)?zhí)枺?01510843564.6和201510849590.X）。離子液體催化甲殼素類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究對(duì)均相催化反應(yīng)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

　　該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃，2012CB215305）、國(guó)家自然科學(xué)基金（21403273）和山西省自然科學(xué)基金（2013011010-6）的支持。

圖1 原位核磁共振與量子化學(xué)計(jì)算探究反應(yīng)機(jī)理

圖2 選擇性調(diào)控產(chǎn)物分布