V posledních letech, s rostoucím nedostatkem fosilních zdrojů a zhoršováním životního prostředí lidí, se efektivní a udržitelné využívání obnovitelných zdrojů, jako je biomasa, stalo středem výzkumu a pozornosti vědců po celém světě. Kyselina mravenčí, jeden z hlavních vedlejších produktů biorafinace, se vyznačuje tím, že je levná a snadno dostupná, netoxická, s vysokou hustotou energie, obnovitelná a odbouratelná atd. Její aplikace na nové využití energie a chemickou přeměnu pomáhá nejen dále rozšiřovat oblast použití kyseliny mravenčí, ale také pomáhá řešit některé běžné problémy s úzkým hrdlem v budoucí technologii biorafinace. Tento článek stručně zhodnotil historii výzkumu využití kyseliny mravenčí, shrnul nejnovější výzkumný pokrok kyseliny mravenčí jako účinného a víceúčelového činidla a suroviny v chemické syntéze a katalytické konverzi biomasy a porovnal a analyzoval základní princip a katalytický systém. použití aktivace kyselinou mravenčí k dosažení účinné chemické konverze. Poukazuje se na to, že budoucí výzkum by se měl zaměřit na zlepšení efektivity využití kyseliny mravenčí a realizaci vysoce selektivní syntézy a na tomto základě dále rozšířit pole své aplikace.
V chemické syntéze lze kyselinu mravenčí jako ekologické a obnovitelné multifunkční činidlo použít v procesu selektivní konverze různých funkčních skupin. Jako činidlo pro přenos vodíku nebo redukční činidlo s vysokým obsahem vodíku má kyselina mravenčí ve srovnání s tradičním vodíkem výhody jednoduchého a kontrolovatelného provozu, mírných podmínek a dobré chemické selektivity. Je široce používán při selektivní redukci aldehydů, nitro, iminů, nitrilů, alkynů, alkenů atd. za vzniku odpovídajících alkoholů, aminů, alkenů a alkanů. A hydrolýza a deprotekce funkčních skupin alkoholů a epoxidů. Vzhledem k tomu, že kyselinu mravenčí lze použít i jako surovinu C1, jako klíčové víceúčelové bazické činidlo, lze kyselinu mravenčí použít i pro redukční formylaci chinolinových derivátů, formylaci a methylaci aminových sloučenin, karbonylaci olefinu a redukční hydratace alkynů a dalších vícestupňových tandemových reakcí, což je důležitý způsob, jak dosáhnout účinné a jednoduché zelené syntézy jemných a komplexních organických molekul. Úkolem těchto procesů je nalézt multifunkční katalyzátory s vysokou selektivitou a aktivitou pro řízenou aktivaci kyseliny mravenčí a specifických funkčních skupin. Kromě toho nedávné studie ukázaly, že použití kyseliny mravenčí jako suroviny C1 může také přímo syntetizovat velké chemikálie, jako je methanol, s vysokou selektivitou prostřednictvím katalytické disproporcionační reakce.
Při katalytické přeměně biomasy poskytují multifunkční vlastnosti kyseliny mravenčí potenciál pro realizaci ekologických, bezpečných a nákladově efektivních biorafinačních procesů. Zdroje biomasy jsou největšími a nejslibnějšími udržitelnými alternativními zdroji, ale jejich přeměna na použitelné formy zdrojů zůstává výzvou. Kyselé vlastnosti a dobré rozpouštědlové vlastnosti kyseliny mravenčí mohou být aplikovány na proces předúpravy surovin biomasy pro realizaci separace lignocelulózových složek a extrakci celulózy. Ve srovnání s tradičním systémem předběžné úpravy anorganickými kyselinami má výhody nízkého bodu varu, snadné separace, žádného zavádění anorganických iontů a silné kompatibility pro následné reakce. Jako účinný zdroj vodíku byla kyselina mravenčí také široce studována a používána při výběru katalytické konverze sloučenin platformy biomasy na chemikálie s vysokou přidanou hodnotou, degradaci ligninu na aromatické sloučeniny a při rafinačních procesech hydrodeoxidace bio-oleje. Ve srovnání s tradičním hydrogenačním procesem závislým na H2 má kyselina mravenčí vysokou účinnost konverze a mírné reakční podmínky. Je to jednoduché a bezpečné a může účinně snížit spotřebu materiálu a energie fosilních zdrojů v souvisejícím procesu biologické rafinace. Nedávné studie ukázaly, že depolymerací oxidovaného ligninu ve vodném roztoku kyseliny mravenčí za mírných podmínek lze získat aromatický roztok s nízkou molekulovou hmotností s hmotnostním poměrem větším než 60 %. Tento inovativní objev přináší nové příležitosti pro přímou extrakci vysoce hodnotných aromatických chemikálií z ligninu.
Stručně řečeno, kyselina mravenčí na biologické bázi vykazuje velký potenciál v zelené organické syntéze a konverzi biomasy a její všestrannost a víceúčelovost jsou zásadní pro dosažení efektivního využití surovin a vysoké selektivity cílových produktů. V současné době tato oblast dosáhla určitých úspěchů a rychle se rozvíjela, ale od skutečné průmyslové aplikace je stále značná vzdálenost a je zapotřebí další průzkum. Budoucí výzkum by se měl zaměřit na následující aspekty: (1) jak vybrat vhodné katalyticky aktivní kovy a reakční systémy pro specifické reakce; (2) jak účinně a řízeně aktivovat kyselinu mravenčí v přítomnosti jiných surovin a činidel; (3) Jak porozumět reakčnímu mechanismu komplexních reakcí z molekulární úrovně; (4) Jak stabilizovat odpovídající katalyzátor v příslušném procesu. S výhledem do budoucnosti, na základě potřeb moderní společnosti pro životní prostředí, ekonomiku a udržitelný rozvoj, bude chemii kyseliny mravenčí věnována stále větší pozornost a výzkum ze strany průmyslu a akademické sféry.
Čas odeslání: 19. prosince 2024