木质素解聚在将自然界中第二丰富的生物聚合物转化为许多有价值的化学品/燃料方面发挥着关键作用。这条路线可以直接取代以汽油为基础的路线，因此是应对气候变化和促进未来可持续发展的重要途径。始终需要对反应路径进行解释，以便在了解解聚化学过程中获得有见地的力学观点，并为工业规模的木质素增值铺平新道路。然而，这种解释在很大程度上依赖于最先进的分析能力，因为在此过程中形成了许多低聚产物，但由于有限的仪器分析选择而没有很好地表征。因此，一组科学家，总结了近年来在木质素低聚产物的形成和鉴定方面取得的相当大的进展。讨论了现有和预期的潜在增值路线，并提供了技术障碍和建议，以试图促进新发现和使能技术的发展。作品发表于工业化学与材料，2023 年 3 月 10 日。
“分析木质素聚合产生的低聚产物在将可再生木质素聚合物转化为许多有价值的化学品和燃料方面发挥着重要作用，”联合生物能源研究所生物质解构部主任 Seema Singh 说，“在这篇综述中，我们系统地讨论了从各种木质素解聚中鉴定低聚产物的最新进展，从而揭示了过程的机械洞察力，并为理解此类低聚物的化学形成提供了有益的指导。我们还提供了我们对现有和预期的潜在增值途径的看法低聚物并讨论了该领域的剩余挑战。”
木质素解聚的常见目标产物是单体酚、芳烃、环烷烃和二羧酸。一个这样的过程的大规模可以通过通过氧化催化解聚香草醛的工业生产来举例说明。相对较低的底物成本和易于操作抵消了香兰素产率通常不高的事实，这总体上仍然使该过程在经济上可行。然而，相同的逻辑可能不适用于其他木质素增值途径，例如还原催化解聚，如果最终产品是燃料范围的环烷烃，这通常是木质素的预处理(通过氢解)。木质素的热化学处理也存在类似的困境。无论化学处理如何，来自任何木质素解聚的低聚物部分不可避免地作为副产物形成，并且在许多情况下，也可以是主要产物。内在原因虽然目前还不是很清楚，但已在许多研究中进行了广泛讨论。普遍认同的观点之一是在各种木质素解聚过程中不可避免地参与交联/再聚合反应。因此，已做出重大努力来减轻再聚合过程。普遍认同的观点之一是在各种木质素解聚过程中不可避免地参与交联/再聚合反应。因此，已做出重大努力来减轻再聚合过程。普遍认同的观点之一是在各种木质素解聚过程中不可避免地参与交联/再聚合反应。因此，已做出重大努力来减轻再聚合过程。
劳伦斯伯克利国家实验室生物系统与工程部主任 Blake Simmons 说：“木质素的解聚为木质素材料的利用提供了一个新的维度，为了改进生物能源/生物产品的工艺，更多研究工作应侧重于解聚木质素低聚物的反应性和选择性。控制结构、分子量、支化和功能复杂性以使木质素适应各种增值过程的空间很大。”
“到目前为止，我们不知道再聚合是否是形成低聚产物的唯一解释，但已经有足够多的出版物，特别是近年来，报告说有时也可能由于其他原因形成，这取决于在这种情况下，”联合生物能源研究所和桑迪亚国家实验室的博士后研究员 Yinglei Han 说，“因此，我们非常积极地总结所有的选择，并概述阐明形成的原因。目前，已经确定并建立了三种途径揭示各种解聚过程中低聚产物的形成。”
“实现这一潜力的最大技术障碍之一是难以识别所有解聚产物，”Han 说，“如果想要深入了解该过程的机理或对其进行定值，那么低聚物是不可或缺的部分。这种困难可能主要归因于木质素的结构异质性，与那些石油基聚合物(例如聚乙烯、聚苯乙烯)的解聚相比，它可以显着多样化衍生的低聚产品。”
表征这些寡聚产物的最先进方法是二维异核单量子相干核磁共振、凝胶渗透色谱、基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱、LTQ Orbitrap 质谱(Elite ) 和傅里叶变换离子回旋共振质谱法，结合其他信息较少的仪器分析，如紫外/可见光、紫外荧光、热解气相色谱质谱、元素分析、热重分析和傅里叶变换红外光谱。然而，所有这些技术结合起来仍然不足以区分和量化每种低聚物。未来在这方面需要做出更多努力，这对于在许多其他应用中使用这些低聚物产品至关重要。
“已报道的此类低聚产品的增值途径通常可分为三类，1) 进一步解聚更多酚类单体，2) 将木质素低聚物改性为增值材料，以及 3) 分解为短链二羧酸或甚至氢气，”Han 说，“最近提出并测试了几个利用木质素低聚物的新想法，例如转化为光催化剂、抗氧化剂或用作电池粘合剂。”
“在这篇综述中，我们的主要目标是为读者提供及时准确的解聚过程中低聚产物形成的最新研究进展，这是木质素增值领域急需的课题，”辛格说。
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