V zadnjih letih je z vse večjim pomanjkanjem fosilnih virov in propadanjem človekovega življenjskega okolja učinkovita in trajnostna raba obnovljivih virov, kot je biomasa, postala središče raziskav in pozornosti znanstvenikov po vsem svetu. Mravljinčna kislina, eden glavnih stranskih produktov pri biorafiniranju, ima lastnosti, da je poceni in enostavna za pridobivanje, ni strupena, ima visoko energijsko gostoto, je obnovljiva in razgradljiva itd. dodatno razširi področje uporabe mravljinčne kisline, pomaga pa tudi pri reševanju nekaterih pogostih težav z ozkimi grli v prihodnji tehnologiji biorafiniranja. Ta prispevek je na kratko pregledal zgodovino raziskav uporabe mravljične kisline, povzel najnovejši napredek raziskav mravljične kisline kot učinkovitega in večnamenskega reagenta in surovine v kemijski sintezi in katalitski pretvorbi biomase ter primerjal in analiziral osnovni princip in katalitični sistem. uporabe aktivacije mravljinčne kisline za doseganje učinkovite kemične pretvorbe. Poudarjeno je, da bi se morale prihodnje raziskave osredotočiti na izboljšanje učinkovitosti izrabe mravljinčne kisline in realizacijo visoko selektivne sinteze ter na tej podlagi še razširiti njeno področje uporabe.
V kemijski sintezi se lahko mravljinčna kislina kot okolju prijazen in obnovljiv večnamenski reagent uporablja v procesu selektivne pretvorbe različnih funkcionalnih skupin. Kot reagent za prenos vodika ali redukcijsko sredstvo z visoko vsebnostjo vodika ima mravljinčna kislina prednosti preprostega in nadzorovanega delovanja, blagih pogojev in dobre kemične selektivnosti v primerjavi s tradicionalnim vodikom. Široko se uporablja pri selektivni redukciji aldehidov, nitro, iminov, nitrilov, alkinov, alkenov in tako naprej za proizvodnjo ustreznih alkoholov, aminov, alkenov in alkanov. Ter hidroliza in deprotekcija funkcionalnih skupin alkoholov in epoksidov. Glede na dejstvo, da se mravljinčna kislina lahko uporablja tudi kot C1 surovina, kot ključni večnamenski bazični reagent, se lahko mravljinčna kislina uporablja tudi za redukcijsko formilacijo kinolinskih derivatov, formilacijo in metilacijo aminskih spojin, karbonilacijo olefina. in redukcijska hidratacija alkinov ter druge večstopenjske tandemske reakcije, kar je pomemben način za doseganje učinkovite in preproste zelene sinteze finih in kompleksnih organskih molekule. Izziv takih procesov je najti multifunkcionalne katalizatorje z visoko selektivnostjo in aktivnostjo za nadzorovano aktivacijo mravljinčne kisline in specifičnih funkcionalnih skupin. Poleg tega so nedavne študije pokazale, da lahko z uporabo mravljične kisline kot surovine C1 neposredno sintetiziramo kemikalije v razsutem stanju, kot je metanol, z visoko selektivnostjo prek katalitične disproporcionacijske reakcije.
Pri katalitični pretvorbi biomase večnamenske lastnosti mravljinčne kisline zagotavljajo potencial za uresničitev zelenih, varnih in stroškovno učinkovitih postopkov biorafiniranja. Viri biomase so največji in najbolj obetavni trajnostni alternativni viri, vendar njihovo preoblikovanje v uporabne oblike virov ostaja izziv. Kislinske lastnosti in dobre lastnosti topila mravljinčne kisline se lahko uporabijo za postopek predobdelave surovin iz biomase, da se izvede ločevanje komponent lignoceluloze in ekstrakcija celuloze. V primerjavi s tradicionalnim sistemom predobdelave z anorganskimi kislinami ima prednosti nizkega vrelišča, enostavnega ločevanja, brez vnosa anorganskih ionov in močne združljivosti za nadaljnje reakcije. Kot učinkovit vir vodika je bila mravljinčna kislina tudi široko raziskana in uporabljena pri izbiri katalitične pretvorbe spojin platforme biomase v kemikalije z visoko dodano vrednostjo, razgradnje lignina v aromatske spojine in procesov rafiniranja hidrodeoksidacije bioolja. V primerjavi s tradicionalnim postopkom hidrogeniranja, ki je odvisen od H2, ima mravljinčna kislina visoko učinkovitost pretvorbe in blage reakcijske pogoje. Je preprost in varen ter lahko učinkovito zmanjša porabo materiala in energije fosilnih virov v povezanem procesu biorafiniranja. Nedavne študije so pokazale, da je z depolimerizacijo oksidiranega lignina v vodni raztopini mravljinčne kisline v blagih pogojih mogoče dobiti aromatično raztopino z nizko molekulsko maso z masnim razmerjem, večjim od 60 %. To inovativno odkritje prinaša nove priložnosti za neposredno ekstrakcijo aromatičnih kemikalij visoke vrednosti iz lignina.
Če povzamemo, mravljinčna kislina na biološki osnovi kaže velik potencial pri zeleni organski sintezi in pretvorbi biomase, njena vsestranskost in večnamenskost pa sta bistvena za doseganje učinkovite uporabe surovin in visoke selektivnosti ciljnih produktov. Trenutno je to področje doseglo nekaj dosežkov in se hitro razvija, vendar je do dejanske industrijske uporabe še precej oddaljeno in potrebno je nadaljnje raziskovanje. Prihodnje raziskave bi se morale osredotočiti na naslednje vidike: (1) kako izbrati ustrezne katalitsko aktivne kovine in reakcijske sisteme za specifične reakcije; (2) kako učinkovito in nadzorovano aktivirati mravljinčno kislino v prisotnosti drugih surovin in reagentov; (3) Kako razumeti reakcijski mehanizem kompleksnih reakcij z molekularne ravni; (4) Kako stabilizirati ustrezni katalizator v ustreznem procesu. Če se veselimo prihodnosti, ki temelji na potrebah sodobne družbe po okolju, gospodarstvu in trajnostnem razvoju, bo kemija mravljinčne kisline deležna vse več pozornosti in raziskav industrije in akademskega sveta.
Čas objave: 19. december 2024