纖維素作為全球含量最豐富的生物質(zhì)材料，具有可再生可降解等優(yōu)勢，將纖維素用到人們的日常生活中，有一定的社會意義。為此不斷有人對纖維素進行改性，賦予纖維素不同的性能，以滿足不同的應(yīng)用場景，纖維素的均相改性是制備纖維素材料的高效途徑。纖維素是一種半結(jié)晶性聚合物，分子間有很強的氫鍵作用，使其不易溶解于常規(guī)溶劑，在之前的工作中，貴州大學(xué)謝海波教授課題組以DMSO/超強有機堿/CO2衍生化溶劑（Green Chem., 2015, 17, 2758–2763，ChemSusChem, 2015, 8, 3217-3221）溶解纖維素，對其均相改性，制備了一系列纖維素衍生物（Green Chem., 2020, 22, 707-717, Green Chem., 2021, 23, 2352-2361, Polymers, 2019, 11, 994, Chemical Engineering Journal., 2019, 372, 516-525）。
纖維素聚離子液體電解質(zhì)同時具備生物質(zhì)材料與聚離子液體的特性，近日，謝海波課題組以CO2/DBU/DMSO溶解體系作為纖維素溶解與衍生化的平臺，反應(yīng)過程不需要添加其他的催化劑，衍生化溶解纖維素后，加入丁二酸酐即可制備質(zhì)子酸型的聚離子液體（CPIL），溶劑體系有機堿即作為纖維素溶解溶劑的重要組分，同時又作為纖維素與丁二酸酐反應(yīng)的催化劑及纖維素聚質(zhì)子型離子液體的陽離子部分。通過控制投料比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，制備了不同取代度的纖維素聚離子液體。同時發(fā)現(xiàn)，纖維素纖維素聚離子液體電解質(zhì)具有良好的水溶性，可做為催化劑，水相催化經(jīng)典的有機合成反應(yīng)：Knoevenagel 縮合反應(yīng)。催化反應(yīng)過程以苯甲醛和氰乙酸乙酯為模型化合物，通過改變催化劑用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，得到了催化產(chǎn)率最高的反應(yīng)條件，即當(dāng)催化劑用量為10 mol%時，在80 ℃條件下反應(yīng)3 h 能夠取得最高的催化產(chǎn)率。為了驗證該催化劑的適用性，選用了多種醛基化合物和活性亞甲基的化合物作為反應(yīng)物，取得了一系列的產(chǎn)物和產(chǎn)率，由此證明以DBU 為有機堿的纖維素聚離子液體對于催化Knoevenagel 縮合反應(yīng)具有普適性。且纖維素聚離子液體可回收再利用，其催化劑循環(huán)使用5次的產(chǎn)率只有略微降低，循環(huán)使用效果良好。
本研究以一種簡便且原子經(jīng)濟的方式成功制備了不同取代度的水溶性纖維素聚離子液體電解質(zhì)，該聚離子液體水溶液可作為Knoevenagel縮合反應(yīng)的催化劑，且聚離子液體水溶液可回收利用。該研究為使用具有可調(diào)特性的纖維素來制備綠色功能性電解質(zhì)材料提供了一種簡便的原子經(jīng)濟策略。本研究以“Engineering cellulose into water soluble poly(protic ionic liquids) electrolytes in DBU/CO2/DMSO solvent system as organocatalyst for Knoevenagel condensation reaction”為題發(fā)表在Green Chemistry，2021，DOI: 10.1039/D1GC03148A。該論文第一作者為貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院碩士研究生申雨情，通訊作者為謝海波教授。該項工作得到了國家自然科學(xué)基金（NSFC 21774028; 21574030; 51803038）, 貴州省科技廳(批準(zhǔn)號: ZK[2021]Key023, [2017]5788, [2016]1402); 平臺與人才建設(shè)項目(批準(zhǔn)號: [2016]5652; [2019]5607)。
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