【CBG人物】大连化物所李昌志副研究员与王爱琴研究员团队：对二甲苯“绿色合成”取得新突破

导语

芳烃是重要的石化产品。PX作为最主要的芳烃分子，是生产三大合成材料（合成树脂、合成纤维、合成橡胶）和有机化学品的一级基本化工原料,对满足人们日常生活所需及国民经济的发展起到不可替代的作用。2016年我国对二甲苯（PX）供需缺口1230万吨，进口依存度达57%。近日，中科院大连化学物理研究所李昌志副研究员与王爱琴研究员团队在对二甲苯（PX）“绿色合成”领域取得新突破。

王爱琴研究员简介

王爱琴，1986-1993年就读于大连理工大学石油化工系，分别获学士和硕士学位。之后到大连化物所工作，并于2001年获得大连化物所博士学位，2003年被聘为副研究员，2009年被聘为研究员。曾先后到香港城市大学、台湾大学从事博士后研究。现任大连化物所航天催化基础研究组课题组长，大连化物所首席研究员。承担国家973计划、国家自然科学基金等多项课题。主要研究方向为：生物质的催化转化、纳米催化及新型有序介孔材料的制备和应用探索。在Nature Chem., Chem. Soc. Rev.,J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表SCI论文100余篇。

李昌志副研究员简介

李昌志，1998-2005年就读于湖南师范大学化学化工学院，分别获学士和硕士学位。2005年考入大连化物所，2009年获博士学位。随即进入大连化物所航天催化与新材料研究中心工作。主要研究方向为：木质素催化转化，基于离子液体平台的生物质转化新过程，生物基芳香化学品及呋喃化学品。在Chem. Rev., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Chem. Sci.等期刊发表一作或通讯作者论文，他引超过1500次，授权专利10件，六篇论文获“大连化物所百次引用论文奖”。2013年获“闵恩泽能源化工奖-青年进步奖”，2014年获“大连市科技发明奖一等奖”，Chin. J. Catal青年编委（2017-2019），主持国家自然科学基金项目2项，作为主要骨干参与973项目、自然科学基金重大项目各1项。

前沿科研成果

对二甲苯“绿色合成”取得新突破

研究团队在对二甲苯（PX）“绿色合成”的路线中，以生物基异戊二烯（木质纤维素资源生物发酵产物）和丙烯醛（甘油脱水产物）为原料，通过简短高效的两步催化合成路线，实现PX总收率达90%，主要副产物为水，便于分离。相关研究结果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.201710074）。

异戊二烯和丙烯醛合成PX的路线图

（来源：Angew.Chem.Int.Ed.）

该项研究旨在开发和利用可再生生物质资源选择转化制备PX及其它芳烃产品，具有重要的科学意义和应用前景。研究团队前期进展已实现生物基甲苯的选择合成（ChemSusChem, 2016, 9, 3434-3440）。

研究人员选择具有特定结构的生物质平台分子异戊二烯和丙烯醛为底物，首先在Lewis酸离子液体催化作用下通过Diels-Alder反应构建具有对位取代基的六元环中间体4-甲基-3-环己烯甲醛（MCHCA），随后MCHCA在碳化钨催化剂作用下发生连续气相脱氢-加氢脱氧反应生成PX。按起始原料计算，两步反应PX总收率高达90%。通过对底物分子取代基及官能团的改变，可拓展制备其它生物基芳烃。

合成实验数据

（来源：Angew.Chem.Int.Ed.）

这是首例碳化钨催化反应物通过分子内氢转移实现脱氢芳化和加氢脱氧反应高度耦合的报道。该路线加氢脱氧反应无需外加氢源，碳化钨表面剪切式反应机理完全不同于传统贵金属催化过程。目标产物碳原子100%保留，主要副产物为水，与化石资源制芳烃路线相比，分离成本具有显著优势。以上进展拓展了非贵金属碳化钨在生物质转化领域的应用范围，为探索从生物质资源出发制备芳香化学品提供了一条新思路。上述研究工作得到国家自然科学基金委和中科院先导专项的资助。