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.Мравчена киселина, един от основните странични продукти при биорафинирането, има характеристиките на евтин и лесен за получаване, нетоксичен, с висока енергийна плътност, възобновяем и разградим и т.н. Прилагането му за ново използване на енергия и химическа трансформация не само помага за по-нататъшно разширяване областта на приложение намравчена 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 мравчена киселина използване, обобщи най-новия напредък в изследванията намравчена 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 за използване мравчена киселина активиране 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,мравчена 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,мравчена 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, чемравчена киселина може също да се използва като C1 суровина, като ключов многоцелеви основен реагент,мравчена киселина може също да се прилага за редукционно формилиране на хинолинови производни, формилиране и метилиране на аминови съединения, карбонилиране на олефин и редукционна 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 биомасата многофункционалните свойства намравчена киселинаосигуряват 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,мравчена киселина също така е широко проучен и приложен при избора на каталитично превръщане на съединения на платформи за биомаса до химикали с висока добавена стойност, разграждане на лигнин до ароматни съединения и процеси на рафиниране на хидродеоксидация 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 деполимеризация на окислен лигнин вмравчена киселина воден разтвор при меки условия може да се получи ароматен разтвор с ниско молекулно тегло с тегловно съотношение по-голямо от 60%. Това иновативно откритие носи нови възможности за директно извличане на ароматни химикали с висока стойност от лигнин.
В обобщение, на биологична основа мравчена киселинапоказва голям потенциал в зеления органичен синтез и преобразуването на биомаса, а неговата 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: 27 юни 2024 г