Towards bioresource-based aggregation-induced emission luminogens from lignin β-O-4 motifs as renewable resources

木质素 分子内力 咔唑 生物炼制 环加成 化学 解聚 芳构化 接受者 光化学 催化作用 有机化学 原材料 物理 凝聚态物理
作者
Tenglong Guo,Yuting Lin,Deng Pan,Xuedan Zhang,Wenqing Zhu,Xu‐Min Cai,Genping Huang,Hua Wang,Dezhu Xu,Fritz E. Kühn,Bo Zhang,Tao Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1): 6076-6076 被引量:35
标识
DOI:10.1038/s41467-023-41681-0
摘要

Abstract One-pot synthesis of heterocyclic aromatics with good optical properties from phenolic β-O-4 lignin segments is of high importance to meet high value added biorefinery demands. However, executing this process remains a huge challenge due to the incompatible reaction conditions of the depolymerization of lignin β-O-4 segments containing γ-OH functionalities and bioresource-based aggregation-induced emission luminogens (BioAIEgens) formation with the desired properties. In this work, benzannulation reactions starting from lignin β-O-4 moieties with 3-alkenylated indoles catalyzed by vanadium-based complexes have been successfully developed, affording a wide range of functionalized carbazoles with up to 92% yield. Experiments and density functional theory calculations suggest that the reaction pathway involves the selective cleavage of double C-O bonds/Diels-Alder cycloaddition/dehydrogenative aromatization. Photophysical investigations show that these carbazole products represent a class of BioAIEgens with twisted intramolecular charge transfer. Distinctions of emission behavior were revealed based on unique acceptor-donor-acceptor-type molecular conformations as well as molecular packings. This work features lignin β-O-4 motifs with γ-OH functionalities as renewable substrates, without the need to apply external oxidant/reductant systems. Here, we show a concise and sustainable route to functional carbazoles with AIE properties, building a bridge between lignin and BioAIE materials.
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