低共熔溶劑（Deep eutectic solvents）是一類新型的綠色溶劑，通常表現出和離子液體相似的物理化學性質以及溶解性能，而且製備方法更簡單、成本更低，同時具有可再生、無毒、廉價和可生物降解等優點。近年來，低共熔溶劑作為離子液體的替代品引起了廣泛的關注，在生物煉製領域已用於溶解並轉化為糖類化合物，從而製備燃料和高附加值化學品。此外，使用低共熔溶劑探究生物質轉化過程的機理、設計高效反應體系對於生物煉製行業也至關重要。
在諸多含氮雜環化合物中，吡嗪類化合物是藥物中常見的核心結構單元之一。脫氧果糖嗪（Deoxyfructosazine, DOF）和果糖嗪（Fructosazine, FZ）是多羥基烷基吡嗪衍生物，這類化合物在高溫或燃燒條件下，會釋放多種揮發性致香成分，所以常在食品工業中用於調味劑以及香料潛香性物質。近年來，人們進一步研究發現，脫氧果糖嗪具有較好的醫用生理活性，包括能預防以及治療糖尿病、癌症和免疫學類疾病；而果糖嗪則可用作DNA斷鏈劑。中國科學院山西煤炭化學研究所的侯相林、王英雄等在前期研究中發現鹼性離子液體可催化氨基葡萄糖縮合得到脫氧果糖嗪和果糖嗪（Industrial & Engineering Chemistry Research, 2017, 56, 2925）；此外，作者系統性地研究了催化過程的反應條件、反應物與催化劑的相互作用機理，並通過量子化學計算（DFT）和原位核磁共振技術（in situ NMR）揭示了反應機理的路徑（Applied Catalysis B: Environmental, 2017, 202, 420;Physical Chemistry Chemical Physics, 2015, 17, 23173）。
近日，該團隊進一步發展了使用經濟性和環境友好的低共熔溶劑（氯化膽鹼/尿素）溶解並催化
氨基葡萄糖（Glucosamine，GlcNH2）轉化為脫氧果糖嗪和果糖嗪的反應。反應體系中低共熔溶劑同時發揮溶劑和催化劑的雙重功能，可在溫和的條件下催化反應。此外，作者引入綠色催化劑——氨基酸（精氨酸），結合低共熔溶劑高效地促進自縮合反應的進行，大大提高了脫氧果糖嗪的產率。最後，研究人員應用核磁共振技術對反應中間體、反應機理和反應路徑進行探討。結果表明，精氨酸表現出良好的催化活性是由於氨基葡萄糖和精氨酸之間存在著強氫鍵作用。原位核磁實驗（in Situ NMR）成功捕獲了在氨基葡萄糖轉化生成脫氧果糖嗪過程中的反應中間體二氫果糖嗪（Dihydrofructosazine）。結合以上實驗結果以及核磁技術，作者推斷出催化氨基葡萄糖轉化為脫氧果糖嗪的反應路徑。低共熔溶劑催化氨基葡萄糖自聚合反應的系統性研究對拓展甲殼素生物質可持續轉化的方法具有重要意義。
圖1. 原位核磁共振氫譜檢測反應路徑和反應中間產物；反應溫度：60 °C
圖2. 低共熔溶劑具有雙重功能：溶解並催化反應物
以上研究成果近期發表在ACS sustainable Chemistry & Engineering上，文章的通訊作者是王英雄研究員，第一作者是碩士研究生吳夢婕。該研究得到山西省重點研發計劃（201703D421041）和中國科學院國際人才計劃（PIFI for Christian M. Pedersen, 2015VMB052）的經費支持。
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