我们穿的运动服、背的尼龙包，汽车里的塑料零件，都离不开己二酸——制造尼龙6,6的核心单体。但如今全球绝大多数己二酸都来自石油炼制，既消耗不可再生资源，又伴随大量碳排放。在低碳转型的大背景下，为摆脱对石化资源的依赖，研究人员将目光转向从植物等可再生原料中制造大宗化学品。木质素是植物细胞壁的主要成分，也是地球上最丰富的可再生芳香族资源，理论上完全能替代石油中的芳烃。

然而，木质素分子如同一团由碳-氧键和碳-碳键胡乱交织的乱麻，提取时还容易降解，长期被视为生物炼制中的“硬骨头”。过去科学家主要尝试打断其中的碳-氧键，但往往只能得到复杂的酚类混合物，单一产物收率很难超过20%。更麻烦的是，木质素内部顽固的碳-碳连接，以及酚类结构对工业常用氧化反应的抑制，让高效转化为单一产品困难重重。

近日，来自美国国家可再生能源实验室和威斯康星大学麦迪逊分校的团队，跳出传统思路，设计了一套"先还原、再氧化、再生物漏斗化"的化学-生物串联工艺，一举突破了上述瓶颈。相关成果发表在最新一期《Nature》上。

研究人员要闯的第一关，是去除木质素中的酚羟基——这些基团就像自由基反应的“毒药”，会严重干扰后续催化氧化。为此，团队先用还原催化分级技术，从杨木中温和地取出木质素，得到含单体和低聚物的油；再以碳化钼为催化剂进行加氢脱氧，巧妙地将酚羟基转化为氢原子，得到一堆不含酚、只带烷基侧链的苯类混合物。

紧接着是关键的第二关——“断骨架”。受石油化工中成熟氧化工艺的启发，团队使用钴/锰/溴催化体系，在220摄氏度、6巴氧气压力下，让烷基芳烃发生自氧化反应。过程中不但侧链被氧化为羧基，更难能可贵的是，原来依靠碳-碳单键连接的顽固结构也被氧气“剪断”，释放出单个芳香酸分子。用模型分子验证，丙苯能以93%的收率转化为苯甲酸，就连含有碳-碳键的联苄也能被拆解成苯甲酸。面对真正的杨木木质素油，自氧化后芳香羧酸单体收率高达73%（按油重计），折算到起始木质素约为31%，明显突破了只靠断裂碳-氧键的收率天花板。而且，这一方法对松木、桦木来源的木质素同样有效，单体收率均接近70%，展现出不错的原料普适性。

但氧化产物是一个由苯甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸组成的混合物，常规分离成本很高。团队另辟蹊径，用“微生物漏斗”突破第三关。他们选中遗传工具成熟的土壤细菌恶臭假单胞菌KT2440，通过精心设计和基因编辑，让细菌获得同时“吃下”四种芳香酸的能力。随后，研究人员敲除了一个关键基因，使代谢流恰好停留在中间产物黏康内酯上，不再继续分解。这就像在菌体内部放置了一个漏斗，无论吃进去哪种芳香酸，都会被统一转化成黏康内酯流出。在摇瓶中，模拟混合物的黏康内酯摩尔收率高达95%，真实杨木木质素氧化产物也达到85%。放大到0.5升发酵罐后，真实底物依然能产出18克/升的黏康内酯，底物转化率达94%，显示出良好的放大潜力。

得到黏康内酯后，只需简单的催化加氢，就能以近乎定量的收率（99%）转变为己二酸。通过另一条酯化路径，还可制得用于高性能尼龙的二甲基β-酮己二酸酯。从杨木木质素算起，实验整体己二酸收率达到26%，理论最高收率可达57%，已然具备了应用前景。

这项研究的耀眼之处，在于开创了"化学解构+生物汇流"的全新生物炼制范式。它没有纠结于单一反应的突破，而是整合了石油化工的成熟技术与生物制造的独特优势，解决了木质素转化"产物杂、收率低"的核心痛点。未来，随着催化体系、连续反应器、代谢工程和底物适应性的进一步优化，这一技术路线有望扩展到更复杂、更廉价的工业木质素流，并将更多木质素衍生混合物转化为可设计的生物基产品。