Posljednjih godina, sa sve većom nestašicom fosilnih resursa i propadanjem ljudskog životnog okoliša, učinkovito i održivo korištenje obnovljivih izvora kao što je biomasa postalo je fokus istraživanja i pozornosti znanstvenika diljem svijeta. Mravlja kiselina, jedan od glavnih nusproizvoda u biorafiniranju, ima karakteristike jeftine i lake za dobivanje, netoksične, visoke gustoće energije, obnovljive i razgradive, itd. Njezina primjena za novu iskorištavanje energije i kemijsku transformaciju ne samo da pomaže dodatno proširiti polje primjene mravlje kiseline, ali također pomaže u rješavanju nekih uobičajenih problema s uskim grlima u budućoj tehnologiji biorafiniranja. U ovom je radu ukratko prikazana povijest istraživanja korištenja mravlje kiseline, sažeti najnoviji napredak istraživanja mravlje kiseline kao učinkovitog i višenamjenskog reagensa i sirovine u kemijskoj sintezi i katalitičkoj konverziji biomase, te uspoređeni i analizirani osnovni princip i katalitički sustav korištenja aktivacije mravlje kiseline za postizanje učinkovite kemijske pretvorbe. Ističe se da bi se buduća istraživanja trebala usmjeriti na poboljšanje učinkovitosti iskorištenja mravlje kiseline i ostvarivanje sinteze visoke selektivnosti, te na temelju toga dodatno proširiti njezino područje primjene.
U kemijskoj sintezi, mravlja kiselina, kao ekološki prihvatljiv i obnovljiv višenamjenski reagens, može se koristiti u procesu selektivne konverzije različitih funkcionalnih skupina. Kao reagens za prijenos vodika ili redukcijski agens s visokim sadržajem vodika, mravlja kiselina ima prednosti jednostavnog i kontroliranog rada, blagih uvjeta i dobre kemijske selektivnosti u usporedbi s tradicionalnim vodikom. Naširoko se koristi u selektivnoj redukciji aldehida, nitro, imina, nitrila, alkina, alkena i tako dalje za proizvodnju odgovarajućih alkohola, amina, alkena i alkana. I hidroliza i deprotekcija funkcionalnih skupina alkohola i epoksida. S obzirom na činjenicu da se mravlja kiselina također može koristiti kao C1 sirovina, kao ključni višenamjenski bazični reagens, mravlja kiselina se također može primijeniti za redukcijsko formiliranje derivata kinolina, formiliranje i metiliranje aminskih spojeva, karboniliranje olefina i redukcijska hidratacija alkina i druge višestupanjske tandemske reakcije, što je važan način za postizanje učinkovite i jednostavne zelene sinteze finih i složenih organskih molekule. Izazov takvih procesa je pronaći multifunkcionalne katalizatore visoke selektivnosti i aktivnosti za kontroliranu aktivaciju mravlje kiseline i specifičnih funkcionalnih skupina. Osim toga, nedavne studije su pokazale da korištenje mravlje kiseline kao C1 sirovine također može izravno sintetizirati skupne kemikalije kao što je metanol s visokom selektivnošću putem katalitičke reakcije disproporcioniranja.
U katalitičkoj pretvorbi biomase, višenamjenska svojstva mravlje kiseline pružaju potencijal za realizaciju zelenih, sigurnih i isplativih procesa biorafiniranja. Resursi biomase najveći su i najperspektivniji održivi alternativni resursi, no njihovo pretvaranje u iskoristive oblike resursa ostaje izazov. Svojstva kiseline i dobra svojstva otapala mravlje kiseline mogu se primijeniti na proces prethodne obrade sirovina biomase kako bi se ostvarilo odvajanje komponenti lignoceluloze i ekstrakcija celuloze. U usporedbi s tradicionalnim sustavom predtretmana anorganskom kiselinom, ima prednosti niske točke vrelišta, lakog odvajanja, bez uvođenja anorganskih iona i snažne kompatibilnosti za nizvodne reakcije. Kao učinkovit izvor vodika, mravlja kiselina također je naširoko proučavana i primijenjena u odabiru katalitičke pretvorbe spojeva platforme biomase u kemikalije visoke dodane vrijednosti, razgradnje lignina do aromatskih spojeva i procesa rafiniranja hidrodeoksidacijom bio-ulja. U usporedbi s tradicionalnim postupkom hidrogenacije koji ovisi o H2, mravlja kiselina ima visoku učinkovitost pretvorbe i blage reakcijske uvjete. Jednostavan je i siguran te može učinkovito smanjiti materijalnu i energetsku potrošnju fosilnih resursa u povezanom procesu biorafiniranja. Nedavne studije su pokazale da se depolimerizacijom oksidiranog lignina u vodenoj otopini mravlje kiseline pod blagim uvjetima može dobiti aromatska otopina niske molekulske mase s težinskim omjerom većim od 60%. Ovo inovativno otkriće donosi nove mogućnosti za izravnu ekstrakciju visokovrijednih aromatičnih kemikalija iz lignina.
Ukratko, mravlja kiselina na biološkoj osnovi pokazuje veliki potencijal u zelenoj organskoj sintezi i pretvorbi biomase, a njezina svestranost i višenamjenska namjena ključni su za postizanje učinkovitog korištenja sirovina i visoke selektivnosti ciljnih proizvoda. Trenutačno je ovo područje postiglo određena postignuća i brzo se razvija, ali još uvijek postoji znatna udaljenost od stvarne industrijske primjene i potrebno je daljnje istraživanje. Buduća bi se istraživanja trebala usredotočiti na sljedeće aspekte: (1) kako odabrati odgovarajuće katalitički aktivne metale i reakcijske sustave za specifične reakcije; (2) kako učinkovito i kontrolirano aktivirati mravlju kiselinu u prisutnosti drugih sirovina i reagensa; (3) Kako razumjeti reakcijski mehanizam složenih reakcija s molekularne razine; (4) Kako stabilizirati odgovarajući katalizator u relevantnom procesu. Gledajući naprijed u budućnost, na temelju potreba modernog društva za okolišem, gospodarstvom i održivim razvojem, kemija mravlje kiseline dobivat će sve više pažnje i istraživanja od strane industrije i akademske zajednice.
Vrijeme objave: 19. prosinca 2024