生物基材料是面向未来产业的重点新材料之一，具有绿色、环境友好、资源节约等多种优势。木质纤维素广泛源于林木、竹材、作物秸秆等天然原料，是地球上最丰富的生物质资源。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素（简称“三素”）组成。如何高效分离“三素”是木质纤维素作为化工原料规模化使用的难点所在。木质素易发生自缩合，是制约“三素”分离的瓶颈。中国科学院大连化学物理研究所王峰研究员团队设计并开发了高效催化木质素芳基化的“三素”分离（CLAF）技术，由此提取的芳基化木质素催化解聚，可制备环境友好的可再生双酚及寡聚酚，联产的纤维素组分和半纤维素糖可分别转化为高纯溶解浆和木糖/糠醛。相关产品在涂料、胶黏剂、通用和工程塑料、纺织原料、药辅原料、含能材料原料等领域具有广阔的应用前景。
图1. 木质纤维素三素催化精炼新策略
新型化合物的合成、生产与应用，通常会伴生对其安全性的担忧。新化学品带来的潜在环境风险或健康危害是制约其大规模推广使用的重要因素。因此针对新合成的木质素衍生酚类化合物开展其毒理学效应，特别是内分泌干扰效应评估不可或缺。在江桂斌院士指导下，周群芳研究员和梁杰锋博士（现为山东大学环境学院助理研究员）基于MVLN细胞模型，采用环境化学与生态毒理学国家重点实验室发展的高通量多功能成组毒理学分析系统（ITA），筛选分析了6种新型木质素双酚类化合物的细胞毒性和类雌激素效应，并与两种经典的具有内分泌干扰效应的双酚类化合物进行了系统比较。实验发现，pPG、pPS与mSG表现出微弱的类雌激素效应，但与BPA相比，它们的类雌激素效应要低27-110倍。另外三种新型木质素双酚类化合物mSS、pSG与pSS在测试浓度范围内未见显著类雌激素效应。由此证明，与传统双酚类化合物相比，这些新型木质素双酚类化合物的内分泌干扰活性较弱，其生物安全性更高。该研究发现为新型生物基化合物的研发合成、安全使用与后续推广提供了重要毒理数据支持。
图2. 新型木质素双酚类化合物结构及安全性评估
研究成果以“Selective lignin arylation for biomass fractionation and benign bisphenols”为题于2024年5月29日在线发表于Nature杂志，中国科学院大连化学物理研究所李宁博士为第一作者，中国科学院大连化学物理研究所王峰研究员和瑞典斯德哥尔摩大学Joseph S. M. Samec教授为共同通讯作者。中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室为本论文的合作单位，梁杰锋负责完成了新型生物基化合物的安全性评估实验。
本研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发项目等项目资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07446-5
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