研究提出生物基呋喃开环制备多元醇的水介导路线

高效综合利用生物质资源已成为全球绿色可持续发展的重要战略方向。将农业剩余物、废弃物等可再生原料转化为高附加值化学品，这一方式正逐步替代传统石化原料供应。其中，以5-羟甲基糠醛（HMF）为代表的呋喃化合物具备长周期应用价值，可通过选择性开环转化为链状醇、羧酸及胺类化合物，进而广泛应用于生物基塑料和医药中间体。然而，在传统催化体系中，呋喃环C−O键的高解离能会导致反应效率低、选择性调控困难，严重制约了“呋喃平台”高值化利用进程。

针对上述问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员尹宏峰和张建团队联合美国科学院院士、美国加州理工学院教授William A. Goddard III，在呋喃环催化开环机理研究中取得关键进展。该团队在国际上首次揭示了水分子在铂催化呋喃环开环反应中的促进机制：水介导质子转移，铂金属表面的氢原子通过界面水分子，以“质子耦合电子转移”机制进攻呋喃环中C−O键，继而显著降低其解离能垒；开环形成的中间体在界面水合氢离子稳定下，触发水分子选择性攻击特定取代碳位点，进而形成新羟基并完成开环过程；侧链基团的供/吸电子性质差异决定呋喃环开环决速步骤的水分子亲核加成类型，破解了长期存在的开环路径选择性难题。

该研究强调了溶剂极性、氢键网络及界面质子动力学的协同调控，为大规模绿色生产生物基化学品奠定了理论基础。

近期，相关研究成果以The Water-Mediated Reaction Pathway for Catalytic Opening of the Furanic Ring on Platinum Catalysts为题，发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院、美国国家科学基金会等的支持。

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液态水上2,5-二羟甲基呋喃在铂金属表面开环制备1,2,6-己三醇示意图