氢键选控对丙三醇C-OH键精准加氢断裂的影响

During the hydrogenolysis of polyols, the generated hydrogen bonding network and the similar chemical environment of multiple hydroxyl groups make the precise hydrocracking of C-OH bonds becoming a major challenge in the catalytic conversion of biomass. This project takes glycerol with a major application background as the research object, and intends to use the relationship between hydrogen chemical shift and operating temperature in nuclear magnetic technology and combining the relationship between OH stretching vibration and concentration in infrared technology for the distinguish intra- and intermolecular hydrogen bonds. Keys are qualitatively characterized to establish the hydrogen bond recognition method in glycerol. By studying hydrogen bond pre-modification methods, designing and preparing novel catalytic hydrogenation materials, the hydrogen bond network is selectively controlled, and precise hydrocracking of different C-OH bonds is achieved. This project explores the rule between hydrogen bond control and selective cleavage of C-OH bond in glycerol, and provides theory and science for the common law of high value of polyols. Based on this, and the development and utilization of biomass-based renewable energy sources are of most importance, and it has important social and academic research value for alleviating the energy structure problems caused by oil shortages.

多羟基化合物加氢裂解过程中，生成的氢键网络和多个羟基相似的化学环境使得C-OH键的精准加氢裂解成为多羟基化合物催化转化中面临的重大挑战。本项目以具有重大应用背景的丙三醇为研究对象，拟利用核磁技术中氢化学位移和温度之间的关系结合红外技术中OH的伸缩振动和浓度之间的关系对分子内和分子间氢键进行定性表征，建立丙三醇中氢键的识别方法。通过研究氢键预修饰方法、设计和制备新型的催化加氢材料对氢键网络进行选择调控，实现对不同C-OH键的精准加氢裂解。本项目通过探索氢键选控与丙三醇C-OH键选择加氢断裂之间的规律，为多羟基化合物高值化利用的共性规律提供理论和科学依据，且对以生物质为原料的可再生能源的开发利用至关重要，对缓解石油紧缺带来的能源结构问题有重要社会意义和学术研究价值。

多羟基化合物是生物质基本结构单元，通过选择脱氧断裂C-O键是生物质资源高效利用的关键科学问题之一。本项目针对多羟基化合物中结构最简单的丙三醇分子，实现了C-O键的高选择性断裂制备烯丙醇，并揭示了丙三醇邻位两个羟基与催化中心配位形成五元环中间物种，随后同时断裂两个C-O键的过程机制；对糖衍生的多羟基二元酸进行氢键的表征与识别，设计高效铼、钼催化体系，利用催化剂调变氢键作用，实现复杂结构分子中C-O键选择断裂构建含C=C功能分子；将氢键表征技术拓展至木质素结构中，建立了木质素羟基化合物中立体氢键的识别方法；设计构建钌基、镍基等加氢及重整催化剂，剪裁多羟基生物质中的氢键作用，实现了C-H、C-O与C-C键的选择断裂制天然气、氢气以及酚类芳香化合物。本项目通过探索丙三醇等多羟基化合物中氢键作用与识别方法，利用催化手段选择剪裁底物分子结构中的氢键作用，实现了化学键的高效断裂，不仅建立了多羟基生物质资源的选择转化新体系，同时为原生生物质的高效利用提供了新策略。在本项目资助下，共发表SCI论文14篇，其中包括Nat. Commun.、ACS Catal.等学术期刊；申请中国发明专利18件，授权专利5件；培养青年科技人才3名；培养博士研究生2名，硕士研究生4名。