I de senere år, med den stigende mangel på fossile ressourcer og forringelsen af menneskets livsmiljø, er effektiv og bæredygtig brug af vedvarende ressourcer såsom biomasse blevet fokus for forskning og opmærksomhed fra videnskabsmænd over hele verden. Myresyre, et af de vigtigste biprodukter inden for bioraffinering, har karakteristika af billig og nem at opnå, ikke-giftig, høj energitæthed, vedvarende og nedbrydelig osv. At anvende den til ny energiudnyttelse og kemisk omdannelse hjælper ikke kun til at yderligere udvide anvendelsesområdet for myresyre, men hjælper også med at løse nogle almindelige flaskehalsproblemer i fremtidens bioraffineringsteknologi. Denne artikel gennemgik kort forskningshistorien for udnyttelse af myresyre, opsummerede de seneste forskningsfremskridt for myresyre som et effektivt og multifunktionelt reagens og råmateriale i kemisk syntese og katalytisk omdannelse af biomasse, og sammenlignede og analyserede det grundlæggende princip og det katalytiske system at bruge myresyreaktivering for at opnå effektiv kemisk omdannelse. Det påpeges, at den fremtidige forskning bør fokusere på at forbedre udnyttelseseffektiviteten af myresyre og realisere højselektiv syntese, og yderligere udvide sit anvendelsesområde på dette grundlag.
I kemisk syntese kan myresyre, som et miljøvenligt og vedvarende multifunktionelt reagens, bruges i den selektive omdannelsesproces af forskellige funktionelle grupper. Som hydrogenoverførselsreagens eller reduktionsmiddel med højt hydrogenindhold har myresyre fordelene ved enkel og kontrollerbar drift, milde forhold og god kemisk selektivitet sammenlignet med traditionel brint. Det er meget udbredt til selektiv reduktion af aldehyder, nitro, iminer, nitriler, alkyner, alkener og så videre for at producere tilsvarende alkoholer, aminer, alkener og alkaner. Og hydrolyse og funktionel gruppe afbeskyttelse af alkoholer og epoxider. I lyset af det faktum, at myresyre også kan bruges som C1-råmateriale, som et grundlæggende multifunktionelt reagens, kan myresyre også anvendes til reduktionsformylering af quinolinderivater, formylering og methylering af aminforbindelser, carbonylering af olefin og reduktion af hydrering af alkyner og andre flertrins tandemreaktioner, hvilket er en vigtig måde at opnå effektiv og enkel grøn syntese af fine og komplekse organiske molekyler. Udfordringen ved sådanne processer er at finde multifunktionelle katalysatorer med høj selektivitet og aktivitet til kontrolleret aktivering af myresyre og specifikke funktionelle grupper. Derudover har nyere undersøgelser vist, at anvendelse af myresyre som C1-råmateriale også direkte kan syntetisere bulkemikalier såsom methanol med høj selektivitet gennem katalytisk disproportioneringsreaktion.
I den katalytiske omdannelse af biomasse giver myresyrens multifunktionelle egenskaber potentiale for realisering af grønne, sikre og omkostningseffektive bioraffineringsprocesser. Biomasseressourcer er de største og mest lovende bæredygtige alternative ressourcer, men at omdanne dem til brugbare ressourceformer er fortsat en udfordring. Myresyrens syreegenskaber og gode opløsningsmiddelegenskaber kan anvendes til forbehandlingsprocessen af biomasseråmaterialer for at realisere adskillelsen af lignocellulosekomponenter og celluloseekstraktion. Sammenlignet med det traditionelle uorganiske syreforbehandlingssystem har det fordelene ved lavt kogepunkt, nem adskillelse, ingen introduktion af uorganiske ioner og stærk kompatibilitet for nedstrømsreaktioner. Som en effektiv brintkilde er myresyre også blevet undersøgt i vid udstrækning og anvendt i udvælgelsen af katalytisk omdannelse af biomasseplatformforbindelser til kemikalier med høj værditilvækst, nedbrydning af lignin til aromatiske forbindelser og raffineringsprocesser til hydrodeoxidation af bioolie. Sammenlignet med den traditionelle hydrogeneringsproces, der er afhængig af H2, har myresyre høj omdannelseseffektivitet og milde reaktionsbetingelser. Det er enkelt og sikkert og kan effektivt reducere materiale- og energiforbruget af fossile ressourcer i den relaterede bioraffineringsproces. Nylige undersøgelser har vist, at ved at depolymerisere oxideret lignin i vandig myresyreopløsning under milde betingelser kan der opnås en aromatisk opløsning med lav molekylvægt med et vægtforhold på mere end 60 %. Denne innovative opdagelse bringer nye muligheder for direkte udvinding af aromatiske kemikalier af høj værdi fra lignin.
Sammenfattende viser biobaseret myresyre et stort potentiale i grøn organisk syntese og biomasseomdannelse, og dens alsidighed og multifunktionelle formål er afgørende for at opnå effektiv udnyttelse af råmaterialer og høj selektivitet af målprodukter. På nuværende tidspunkt har dette område opnået nogle resultater og er blevet hurtigt udviklet, men der er stadig en betydelig afstand fra den faktiske industrielle anvendelse, og yderligere udforskning er nødvendig. Fremtidig forskning bør fokusere på følgende aspekter: (1) hvordan man vælger egnede katalytisk aktive metaller og reaktionssystemer til specifikke reaktioner; (2) hvordan man effektivt og kontrollerbart aktiverer myresyre i nærværelse af andre råmaterialer og reagenser; (3) Hvordan man forstår reaktionsmekanismen for komplekse reaktioner fra det molekylære niveau; (4) Hvordan stabiliseres den tilsvarende katalysator i den relevante proces. Ser vi frem til fremtiden, baseret på det moderne samfunds behov for miljø, økonomi og bæredygtig udvikling, vil myresyrekemi få mere og mere opmærksomhed og forskning fra industri og akademisk side.
Indlægstid: 19. december 2024