V posledných rokoch, s narastajúcim nedostatkom fosílnych zdrojov a zhoršovaním životného prostredia ľudí, sa efektívne a trvalo udržateľné využívanie obnoviteľných zdrojov, ako je biomasa, stalo stredobodom výskumu a pozornosti vedcov na celom svete. Kyselina mravčia, jeden z hlavných vedľajších produktov pri biorafinácii, sa vyznačuje tým, že je lacná a ľahko získateľná, netoxická, s vysokou hustotou energie, obnoviteľná a odbúrateľná atď. Jej aplikácia na nové využitie energie a chemickú transformáciu pomáha nielen ďalej rozširuje oblasť použitia kyseliny mravčej, ale tiež pomáha riešiť niektoré bežné problémy s prekážkami v budúcej technológii biorafinácie. Tento článok stručne zhrnul históriu výskumu využívania kyseliny mravčej, zhrnul najnovší pokrok výskumu kyseliny mravčej ako účinného a viacúčelového činidla a suroviny v chemickej syntéze a katalytickej konverzii biomasy a porovnal a analyzoval základný princíp a katalytický systém. použitie aktivácie kyselinou mravčou na dosiahnutie účinnej chemickej konverzie. Poukazuje sa na to, že budúci výskum by sa mal zamerať na zlepšenie účinnosti využitia kyseliny mravčej a realizáciu vysoko selektívnej syntézy a na tomto základe ďalej rozširovať oblasť použitia.
V chemickej syntéze môže byť kyselina mravčia ako ekologické a obnoviteľné multifunkčné činidlo použité v procese selektívnej konverzie rôznych funkčných skupín. Ako činidlo na prenos vodíka alebo redukčné činidlo s vysokým obsahom vodíka má kyselina mravčia v porovnaní s tradičným vodíkom výhody jednoduchej a kontrolovateľnej prevádzky, miernych podmienok a dobrej chemickej selektivity. Široko sa používa pri selektívnej redukcii aldehydov, nitro, imínov, nitrilov, alkínov, alkénov atď. na výrobu zodpovedajúcich alkoholov, amínov, alkénov a alkánov. A hydrolýza a deprotekcia funkčných skupín alkoholov a epoxidov. Vzhľadom na skutočnosť, že kyselinu mravčiu možno použiť aj ako surovinu C1, ako kľúčové viacúčelové zásadité činidlo, možno kyselinu mravčiu použiť aj na redukčnú formyláciu chinolínových derivátov, formyláciu a metyláciu amínových zlúčenín, karbonyláciu olefínov a redukčná hydratácia alkínov a iné viacstupňové tandemové reakcie, čo je dôležitý spôsob dosiahnutia efektívnej a jednoduchej zelenej syntézy jemných a zložitých organických molekúl. Výzvou takýchto procesov je nájsť multifunkčné katalyzátory s vysokou selektivitou a aktivitou na riadenú aktiváciu kyseliny mravčej a špecifických funkčných skupín. Okrem toho nedávne štúdie ukázali, že použitie kyseliny mravčej ako suroviny C1 môže tiež priamo syntetizovať hromadné chemikálie, ako je metanol, s vysokou selektivitou prostredníctvom katalytickej disproporcionačnej reakcie.
Pri katalytickej konverzii biomasy poskytujú multifunkčné vlastnosti kyseliny mravčej potenciál na realizáciu ekologických, bezpečných a nákladovo efektívnych biorafinačných procesov. Zdroje biomasy sú najväčšími a najsľubnejšími udržateľnými alternatívnymi zdrojmi, ale ich transformácia na formy využiteľných zdrojov zostáva výzvou. Kyslé vlastnosti a dobré rozpúšťadlové vlastnosti kyseliny mravčej možno použiť v procese predúpravy surovín biomasy na realizáciu separácie lignocelulózových zložiek a extrakcie celulózy. V porovnaní s tradičným systémom predbežnej úpravy anorganickými kyselinami má výhody nízkej teploty varu, ľahkej separácie, bez zavádzania anorganických iónov a silnej kompatibility pre následné reakcie. Ako účinný zdroj vodíka bola kyselina mravčia tiež široko študovaná a aplikovaná pri výbere katalytickej konverzie zlúčenín platformy biomasy na chemikálie s vysokou pridanou hodnotou, degradácie lignínu na aromatické zlúčeniny a rafinačných procesov hydrodeoxidácie bio-oleja. V porovnaní s tradičným hydrogenačným procesom závislým od H2 má kyselina mravčia vysokú účinnosť konverzie a mierne reakčné podmienky. Je to jednoduché a bezpečné a môže účinne znížiť spotrebu materiálu a energie fosílnych zdrojov v súvisiacom procese biorafinácie. Nedávne štúdie ukázali, že depolymerizáciou oxidovaného lignínu vo vodnom roztoku kyseliny mravčej za miernych podmienok možno získať aromatický roztok s nízkou molekulovou hmotnosťou s hmotnostným pomerom väčším ako 60 %. Tento inovatívny objav prináša nové príležitosti na priamu extrakciu vysokohodnotných aromatických chemikálií z lignínu.
Stručne povedané, kyselina mravčia na biologickej báze vykazuje veľký potenciál v zelenej organickej syntéze a konverzii biomasy a jej všestrannosť a viacúčelovosť sú nevyhnutné na dosiahnutie efektívneho využitia surovín a vysokej selektivity cieľových produktov. V súčasnosti táto oblasť dosiahla určité úspechy a rýchlo sa rozvíjala, ale od skutočného priemyselného využitia je stále značný odstup a je potrebný ďalší prieskum. Budúci výskum by sa mal zamerať na tieto aspekty: (1) ako vybrať vhodné katalyticky aktívne kovy a reakčné systémy pre špecifické reakcie; (2) ako účinne a kontrolovateľne aktivovať kyselinu mravčiu v prítomnosti iných surovín a činidiel; (3) Ako pochopiť reakčný mechanizmus komplexných reakcií z molekulárnej úrovne; (4) Ako stabilizovať zodpovedajúci katalyzátor v príslušnom procese. S výhľadom do budúcnosti, na základe potrieb modernej spoločnosti v oblasti životného prostredia, ekonomiky a trvalo udržateľného rozvoja, sa chémii kyseliny mravčej dostane čoraz viac pozornosti a výskumu zo strany priemyslu a akademickej obce.
Čas odoslania: 19. decembra 2024