南京林业大学陈祖鹏/董琳、华东理工大学王艳芹 Nat. Commun.：“令人快乐”的木头-木质素合成多巴胺

2023-08-18 来源：高分子科技

木质素是自然界中最丰富的芳香类生物质资源，将其转化为高附加值化学品具有重要的科学意义和实用价值。多巴胺是一种能够让人感到快乐和幸福的神经传导物质，可以用来治疗帕金森病，精神分裂症，注意力缺陷综合征等多种疾病；同时，聚多巴胺是一种非常强的离子和电子导体，广泛应用于多巴胺基氮掺杂碳的电极材料。从木质素出发合成价格昂贵的多巴胺，是一种绿色可持续的合成策略，非常具有吸引力和挑战性。

近日，南京林业大学陈祖鹏教授和华东理工大学王艳芹教授合作，提出了一种从木质素到多巴胺的四步催化转化策略，经过解聚、脱保护、胺化和水解，高选择性得到多巴胺，单体收率高达74.5%（图1）。本工作中，选用具有愈创木基结构较多的软木木质素为研究对象，同时采用木质素酸解聚策略，选择性将木质素解聚为苯乙烷单元结构。当以云杉木质素为底物时，目标产物的质量收率最高，约为10.3 wt.%，木质素解聚效率为95.4%。在水和Ru/C催化剂的作用下，解聚产物化合物1先水解再加氢得到脱保护化合物2。经过催化剂筛选和优化，研究者选择10%Ni/TiO₂作为还原胺化催化剂，转化率为100%，氨化产物化合物3的收率高达88.2%。最后，化合物3在酸的作用下发生水解反应，生成多巴胺。多巴胺产物可以自动沉降，经过简单的离心和过滤，即可获得纯度高于98%的盐酸多巴胺，显著降低了分离成本（图2）。经济核算结果证明，该策略得到的盐酸多巴胺的成本价格远低于目前的市场价格（图3）。

Figure 1 Lignin to-dopamine hydrochloride route developed in this work.

Figure 2 Catalytic hydrolysis of 3 to 4 and product separation.

Figure 3 Catalytic conversion of lignin to dopamine hydrochloride.

这项工作首次提出了从木质素出发合成多巴胺的催化转化策略，以“Sustainable Production of Dopamine Hydrochloride from Softwood Lignin”为题发表在《Nature Communications》上（Nat Commun 14, 4996 (2023).）。文章第一作者是南京林业大学副教授董琳，通讯作者是南京林业大学陈祖鹏教授和华东理工大学王艳芹教授，并得到了国家自然科学基金青年项目、江苏省自然科学基金青年项目、江苏省高校面上项目启动经费和中国博士后科学基金面上项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40702-2

作者简介

董琳，南京林业大学副教授、硕士生导师。主要研究方向为多功能催化剂的设计合成及催化性能研究，木质素催化转化制备高附加值化学品。截至目前，主持国家自然科学基金青年科学基金项目，国家重点实验室开放基金，博士后面上基金，南京林业大学高层次人才科研启动基金等科研项目。以第一或通讯作者发表期刊论文14篇，包括Chem、Nature Communications、ACS Catalysis、Applied Catalysis B: Environmental、Green Chemistry、Journal of Catalysis、Journal of Energy Chemistry、ChemSusChem、Catalysis Science & Technology等。

陈祖鹏，教授，博士生导师。南京林业大学化工学院林产化工系（国家级重点学科，双一流A+建设学科）"可持续纳米催化"课题组PI，专注于高效多相催化剂设计开发，以及在生物质/木质素催化转化、能源催化等领域应用研究。曾获得马普学会博士生奖学金、德国洪堡学者、江苏省特聘教授。拥有材料化学、光电催化、选择性加氢、有机碳碳偶联、生物质转换等方面的研究经验。已在Chemical Reviews, Nature Nanotechnology, Nature Communications, Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, National Science Review, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Small 等期刊发表SCI 论文83篇，封面文章13篇，ESI 高被引论文9篇，热点论文3篇。论文被引次数>6300（H-index 32）。其中第一作者或通讯作者39篇。研究工作得到专业期刊或新闻媒体广泛报道如，Nature, Nature Catalysis, Chemical & Engineering News, ETH News, Eurekalert, Nanowerk News, Science Newsline, Phys.org，获得国际同行的积极评价。

自2020年5月，陈祖鹏以江苏特聘教授入职南京林业大学化学工程学院。结合个人研究背景和南京林业大学的研究特色，课题组的研究内容将集中于：

? 高效多相催化剂的设计合成

? 生物质催化转化：木质素选择转化、生物质能源与化学品高值化、生物质碳的制备与利用

? 选择性加氢和氧化

? CO₂催化制备高附加值化合物生物质催化转化

招聘启事

因课题发展需要，南京林业大学陈祖鹏课题组现诚招副教授、博士后、博士、硕士，欢迎具有化学、化工、材料背景，对纳米材料、多相催化、生物质催化转化、光（电）催化感兴趣的有志之士加入研究团队。同时欢迎同行朋友来信探讨潜在合作课题。

课题组网页：https://www.x-mol.com/groups/Chen_Zupeng

感兴趣者可邮件联系：czp@njfu.edu.cn

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（责任编辑：xu）

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