研究背景
纤维素是自然界储量最丰富的可再生多糖，被视为替代石油基原料生产高价值化学品的理想资源。其中，乙酰丙酸（LA）及其酯类被美国能源部列为顶级生物质平台化合物，广泛用于环保溶剂、可降解聚合物和燃油添加剂等领域，对实现“双碳”目标具有重要意义。
然而，纤维素致密的结晶结构和强氢键网络使其难以溶解和转化。传统转化过程中，葡萄糖、5-羟甲基糠醛（HMF）等中间体易生成大量腐殖质，导致碳损失严重、产物选择性低。矿物酸（如硫酸、盐酸）或腐蚀性金属盐（如氯化铬、氯化钌）的使用，不仅污染环境、腐蚀设备，也难以在高底物负载下实现高收率合成，严重制约了纤维素的工业化应用。
研究亮点
针对上述难题，山东理工大学崔洪友教授团队与yl7703永利集团王景华副教授团队合作，从溶剂-催化剂协同与底物预处理强化两个维度，提出了绿色、高效、可循环的纤维素转化新策略。相关成果发表于Green Chemistry和Chemical Engineering Journal。yl7703永利集团为论文第一单位。
亮点一：协同自催化体系，温和条件下LA收率达85.8%
Fig.1 熔盐水合物 - 固体酸协同催化纤维素制乙酰丙酸机理图
团队构建了LiCl3H2O熔盐水合物与NbP/HZSM-5双功能固体酸组成的协同催化体系。熔盐水合物可高效破坏纤维素结晶度，同时提供Lewis与Brønsted酸性，协同催化剂将关键步骤活化能降低55%（由148.91降至67.68 kJ·mol-1）。反应中原位生成的乙酰丙酸和甲酸形成自催化质子穿梭循环，无需外加强酸，实现了反应自加速。该体系绿色无毒（GHS毒性评分=0），E因子仅1.2 kg废弃物/kg LA，循环4次后LA收率仍保持82.1%，原子经济性68.7%，循环效率89.7%。
亮点二：甲酰化预处理，高底物浓度下乙酰丙酸甲酯收率突破92.9%
团队进一步开发了甲酸-无机盐甲酰化预处理策略，解决了高底物浓度下收率暴跌的难题。甲酰化可破坏纤维素氢键、降低结晶度，提升其在甲醇中的溶解性与反应活性；脱除的甲酸原位催化糖苷键断裂，甲酰基稳定中间体，显著抑制胡敏素生成。采用甲酰化纤维素为底物，在2.5 wt%浓度下，乙酰丙酸甲酯（ML）收率高达92.9%；即使将底物浓度提升至10 wt%，收率仍可达84.8%，远超现有文献水平。
Fig.2 甲酰化预处理纤维素结构演变及高底物浓度制乙酰丙酸甲酯路径图
原文链接
https://doi.org/10.1039/d6gc00488a
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.167667
