论文标题：Synergistic La₂O₃-La(OH)₃ interface engineering enables deep and durable dehydrogenation of 12H-N-propylcarbazole over Pd/Al₂O₃ catalysts

期刊：Frontiers of Chemical Science and Engineering

作者：Mubarak Al-Kwradi, Mohammednoor Altarawneh

发表时间：15 Jun 2024

DOI：10.1007/s11705-024-2433-1

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氨基酸作为生物质中重要的含氮载体，广泛应用于食品添加剂、医药原料和生物基塑料等领域。在生物质水热转化和热解过程中，氨基酸的降解行为直接影响氮元素的转化效率和产物分布。由于氨基酸结构复杂（如侧链基团差异、氨基与羧基的相对位置不同），其热降解路径存在显著差异，明确这些路径对优化生物质能源转化技术具有重要意义。

阿联酋大学化学与石油工程系Mohammednoor Altarawneh教授等在《Frontiers of Chemical Science and Engineering》发表了题为“Degradation pathways of amino acids during thermal utilization of biomass: a review”（生物质热利用过程中氨基酸的降解路径研究进展）的综述论文。文章系统梳理了氨基酸的结构特性、生物质中的生成产率，以及在高温和水介质中的降解机制，重点探讨了脱氨基和脱羧基两种主要反应路径，并分析了侧链基团对降解产物的影响。

氨基酸的降解主要通过脱氨基（释放氨气）和脱羧基（释放二氧化碳）反应进行，两者的竞争机制受分子结构调控。例如，丙氨酸在水热条件下通过脱氨基生成乳酸，进一步脱水形成丙烯酸；天冬氨酸则优先发生脱氨基反应，生成马来酸和富马酸。侧链基团的差异显著地影响反应路径：含硫氨基酸（如半胱氨酸）因巯基的高反应活性，更易通过脱巯基引发降解；芳香族氨基酸（如苯丙氨酸）则通过侧链双键扩展生成苯乙烯等稳定产物。

图1 控制氨基酸降解的假定脱氨基反应机制。

图2 支撑甲硫氨酸热解过程的可能降解路径。

在催化转化方面，微生物发酵是工业生产氨基酸的主要方法，而以生物质衍生中间体（如α-羟基酸、α-酮酸）为原料的催化合成技术逐渐兴起。例如，使用钌基催化剂可将乳酸胺化为丙氨酸，产率达49%；壳聚糖通过两步水解-氧化反应可制备氨基糖酸，无需额外氮源。热解实验表明，脂肪族氨基酸（如亮氨酸）在ZSM-5催化下更易生成芳香烃，而环状氨基酸（如脯氨酸）需更高温度以脱除氮元素。

本文揭示了氨基酸结构与热降解路径的构效关系，强调脱氨基和脱羧基反应的竞争机制是产物分布的核心调控因素。未来的研究需结合动力学模型和在线表征技术，深入解析氨基酸与生物质组分的相互作用，为优化生物质氮转化效率和产物选择性提供理论支撑。

引用信息

Mubarak Al-Kwradi, Mohammednoor Altarawneh. Degradation pathways of amino acids during thermal utilization of biomass: a review. Front. Chem. Sci. Eng., 2024, 18(7): 78 DOI:10.1007/s11705-024-2433-1

本文来自

Biorefinery and biomanufacturing

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原文链接：

https://journal.hep.com.cn/fcse/EN/10.1007/s11705-024-2433-1