През последните години, с нарастващия недостиг на изкопаеми ресурси и влошаването на околната среда на живот на хората, ефективното и устойчиво използване на възобновяеми ресурси като биомаса се превърна в центъра на изследванията и вниманието на учени от цял свят. Мравчената киселина, един от основните странични продукти при биорафинирането, има характеристиките на евтина и лесна за получаване, нетоксична, с висока енергийна плътност, възобновяема и разградима и т.н. Прилагането й за ново използване на енергия и химическа трансформация не само помага за допълнително разширява полето на приложение на мравчената киселина, но също така помага за решаването на някои общи проблеми с тесните места в бъдещата технология за биорафиниране. Тази статия прави накратко преглед на историята на изследванията на използването на мравчена киселина, обобщава най-новите научни изследвания на мравчената киселина като ефективен и многофункционален реагент и суровина в химическия синтез и каталитичното преобразуване на биомаса и сравнява и анализира основния принцип и каталитична система използване на активиране с мравчена киселина за постигане на ефективно химично преобразуване. Посочва се, че бъдещите изследвания трябва да се съсредоточат върху подобряване на ефективността на използване на мравчена киселина и реализиране на синтез с висока селективност и допълнително да разширят своето поле на приложение на тази основа.
В химическия синтез мравчената киселина, като екологично чист и възобновяем многофункционален реагент, може да се използва в процеса на селективно преобразуване на различни функционални групи. Като реагент за пренос на водород или редуциращ агент с високо съдържание на водород, мравчената киселина има предимствата на проста и контролируема работа, меки условия и добра химическа селективност в сравнение с традиционния водород. Той се използва широко в селективната редукция на алдехиди, нитро, имини, нитрили, алкини, алкени и така нататък за получаване на съответните алкохоли, амини, алкени и алкани. И хидролизата и премахването на защитата на функционалните групи на алкохоли и епоксиди. С оглед на факта, че мравчената киселина може да се използва и като C1 суровина, като ключов многоцелеви основен реагент, мравчената киселина може да се прилага и за редукционно формилиране на хинолинови производни, формилиране и метилиране на аминови съединения, карбонилиране на олефин и редуцираща хидратация на алкини и други многоетапни тандемни реакции, което е важен начин за постигане на ефективен и прост зелен синтез на фини и сложни органични молекули. Предизвикателството на такива процеси е да се намерят многофункционални катализатори с висока селективност и активност за контролирано активиране на мравчена киселина и специфични функционални групи. В допълнение, скорошни проучвания показват, че използването на мравчена киселина като C1 суровина може също директно да синтезира насипни химикали като метанол с висока селективност чрез каталитична реакция на диспропорциониране.
При каталитичното преобразуване на биомаса многофункционалните свойства на мравчената киселина осигуряват потенциал за реализиране на екологични, безопасни и рентабилни процеси на биорафиниране. Ресурсите от биомаса са най-големите и най-обещаващите устойчиви алтернативни ресурси, но превръщането им в използваеми форми на ресурси остава предизвикателство. Киселинните свойства и добрите свойства на разтворителя на мравчената киселина могат да бъдат приложени към процеса на предварителна обработка на суровини от биомаса, за да се осъществи разделянето на лигноцелулозните компоненти и екстракцията на целулозата. В сравнение с традиционната система за предварителна обработка на неорганични киселини, тя има предимствата на ниска точка на кипене, лесно разделяне, липса на въвеждане на неорганични йони и силна съвместимост за реакции надолу по веригата. Като ефективен източник на водород, мравчената киселина също е широко изследвана и прилагана при избора на каталитично преобразуване на съединения на платформата на биомаса до химикали с висока добавена стойност, разграждане на лигнин до ароматни съединения и процеси на рафиниране на хидродезоксидация на биомасла. В сравнение с традиционния процес на хидрогениране, зависим от H2, мравчената киселина има висока ефективност на преобразуване и меки реакционни условия. Той е прост и безопасен и може ефективно да намали потреблението на материали и енергия от изкопаеми ресурси в свързания процес на биорафиниране. Последните проучвания показват, че чрез деполимеризиране на окислен лигнин във воден разтвор на мравчена киселина при меки условия може да се получи ароматен разтвор с ниско молекулно тегло с тегловно съотношение над 60%. Това новаторско откритие носи нови възможности за директно извличане на ароматни химикали с висока стойност от лигнин.
В обобщение, мравчената киселина на биологична основа показва голям потенциал в зеления органичен синтез и преобразуването на биомаса, а нейната гъвкавост и многофункционалност са от съществено значение за постигане на ефективно използване на суровините и висока селективност на целевите продукти. Понастоящем тази област е постигнала някои постижения и се развива бързо, но все още има значително разстояние от действителното индустриално приложение и е необходимо допълнително проучване. Бъдещите изследвания трябва да се фокусират върху следните аспекти: (1) как да се изберат подходящи каталитично активни метали и реакционни системи за специфични реакции; (2) как ефективно и контролирано да се активира мравчена киселина в присъствието на други суровини и реагенти; (3) Как да разберем реакционния механизъм на сложните реакции от молекулярно ниво; (4) Как да стабилизираме съответния катализатор в съответния процес. Гледайки напред към бъдещето, въз основа на нуждите на съвременното общество от околна среда, икономика и устойчиво развитие, химията на мравчената киселина ще получава все повече внимание и изследвания от индустрията и академичните среди.
Време на публикуване: 19 декември 2024 г