В последние годы, в условиях растущей нехватки ископаемых ресурсов и ухудшения среды обитания человека, эффективное и устойчивое использование возобновляемых ресурсов, таких как биомасса, стало в центре внимания исследований и внимания ученых всего мира. Муравьиная кислота, один из основных побочных продуктов биопереработки, обладает дешевизной и легкостью получения, нетоксичностью, высокой энергетической плотностью, возобновляемостью и способностью к разложению и т. д. Применение ее для использования новой энергии и химического преобразования не только помогает дальнейшее расширение области применения муравьиной кислоты, но также помогает решить некоторые общие проблемы, связанные с узкими местами в будущих технологиях биоочистки. В этой статье кратко рассмотрена история исследований по использованию муравьиной кислоты, обобщены последние достижения исследований муравьиной кислоты как эффективного и многоцелевого реагента и сырья в химическом синтезе и каталитической конверсии биомассы, а также сравнены и проанализированы основной принцип и каталитическая система. использования активации муравьиной кислоты для достижения эффективного химического превращения. Отмечается, что будущие исследования должны быть направлены на повышение эффективности использования муравьиной кислоты и реализацию высокоселективного синтеза, а также на этой основе дальнейшее расширение области ее применения.
В химическом синтезе муравьиная кислота как экологически чистый и возобновляемый многофункциональный реагент может быть использована в процессе селективного преобразования различных функциональных групп. В качестве реагента для переноса водорода или восстановителя с высоким содержанием водорода муравьиная кислота обладает преимуществами простого и контролируемого действия, мягких условий и хорошей химической селективности по сравнению с традиционным водородом. Он широко используется при селективном восстановлении альдегидов, нитро, иминов, нитрилов, алкинов, алкенов и т. д. для получения соответствующих спиртов, аминов, алкенов и алканов. А также гидролиз и снятие защиты с функциональных групп спиртов и эпоксидов. Ввиду того, что муравьиная кислота также может использоваться в качестве сырья C1, в качестве ключевого универсального основного реагента, муравьиная кислота также может применяться для восстановительного формилирования производных хинолина, формилирования и метилирования аминных соединений, карбонилирования олефинов. и восстановительная гидратация алкинов и другие многостадийные тандемные реакции, что является важным способом достижения эффективного и простого зеленого синтеза тонких и сложных органических молекул. Задача таких процессов заключается в поиске многофункциональных катализаторов с высокой селективностью и активностью для контролируемой активации муравьиной кислоты и конкретных функциональных групп. Кроме того, недавние исследования показали, что использование муравьиной кислоты в качестве сырья C1 также позволяет напрямую синтезировать химические вещества, такие как метанол, с высокой селективностью посредством реакции каталитического диспропорционирования.
При каталитической конверсии биомассы многофункциональные свойства муравьиной кислоты открывают потенциал для реализации экологически чистых, безопасных и экономически эффективных процессов биопереработки. Ресурсы биомассы являются крупнейшими и наиболее многообещающими устойчивыми альтернативными ресурсами, но преобразование их в полезные формы ресурсов остается проблемой. Кислотные свойства и хорошие растворяющие свойства муравьиной кислоты могут быть применены в процессе предварительной обработки сырья биомассы для разделения лигноцеллюлозных компонентов и экстракции целлюлозы. По сравнению с традиционной системой предварительной обработки неорганической кислотой она имеет такие преимущества, как низкая температура кипения, простота разделения, отсутствие введения неорганических ионов и высокая совместимость с последующими реакциями. В качестве эффективного источника водорода муравьиная кислота также широко изучалась и применялась при выборе каталитической конверсии соединений платформы биомассы в химические вещества с высокой добавленной стоимостью, разложения лигнина до ароматических соединений и процессов гидродеоксидации бионефти. По сравнению с традиционным процессом гидрирования, зависящим от H2, муравьиная кислота имеет высокую эффективность конверсии и мягкие условия реакции. Это просто и безопасно и может эффективно снизить потребление материалов и энергии ископаемых ресурсов в соответствующем процессе биопереработки. Исследования последних лет показали, что деполимеризацией окисленного лигнина в водном растворе муравьиной кислоты в мягких условиях можно получить низкомолекулярный ароматический раствор с массовой долей более 60%. Это инновационное открытие открывает новые возможности для прямого извлечения ценных ароматических химикатов из лигнина.
Таким образом, муравьиная кислота биологического происхождения демонстрирует большой потенциал в экологически чистом органическом синтезе и конверсии биомассы, а ее универсальность и многоцелевое назначение необходимы для достижения эффективного использования сырья и высокой селективности целевых продуктов. В настоящее время в этом месторождении достигнуты некоторые успехи и оно быстро разрабатывается, но до реального промышленного применения все еще далеко, и необходимы дальнейшие исследования. Будущие исследования должны быть сосредоточены на следующих аспектах: (1) как выбрать подходящие каталитически активные металлы и реакционные системы для конкретных реакций; (2) как эффективно и контролируемо активировать муравьиную кислоту в присутствии другого сырья и реагентов; (3) Как понять механизм сложных реакций на молекулярном уровне; (4) Как стабилизировать соответствующий катализатор в соответствующем процессе. Заглядывая в будущее, исходя из потребностей современного общества в окружающей среде, экономике и устойчивом развитии, химия муравьиной кислоты будет получать все больше и больше внимания и исследований со стороны промышленности и научных кругов.
Время публикации: 19 декабря 2024 г.