תפקידה של חומצה פורמית

בשנים האחרונות, עם המחסור הגובר במשאבי מאובנים והידרדרות סביבת החיים של האדם, השימוש היעיל ובר-קיימא במשאבים מתחדשים כגון ביומסה הפך למוקד המחקר ותשומת הלב של מדענים ברחבי העולם.חומצה פורמית, אחד מתוצרי הלוואי העיקריים בזיקוק ביולוגי, בעל מאפיינים של זול וקל להשגה, לא רעיל, צפיפות אנרגיה גבוהה, מתחדש ומתכלה וכו'. יישום זה על ניצול אנרגיה חדשה והתמרה כימית לא רק עוזר להרחיב עוד יותר תחום היישום שלחומצה פורמית, אבל גם עוזר לפתור כמה בעיות צוואר בקבוק נפוצות בטכנולוגיית הביו-זיקוק העתידית. מאמר זה סקר בקצרה את היסטוריית המחקר של חומצה פורמית ניצול, סיכם את ההתקדמות המחקרית האחרונה שלחומצה פורמית כמגיב וחומר גלם יעיל ורב תכליתי בסינתזה כימית והמרה קטליטית של ביומסה, והשווה וניתח את העיקרון הבסיסי והמערכת הקטליטית של שימוש חומצה פורמית הפעלה להשגת המרה כימית יעילה. יש לציין כי המחקר העתידי צריך להתמקד בשיפור יעילות הניצול של חומצה פורמית ומימוש סינתזה בררנית גבוהה, ולהרחיב עוד יותר את תחום היישום שלה על בסיס זה.

בסינתזה כימית,חומצה פורמית, כמגיב רב תפקודי ידידותי לסביבה ומתחדש, יכול לשמש בתהליך המרה סלקטיבי של קבוצות תפקודיות שונות. כמגיב להעברת מימן או כחומר מפחית עם תכולת מימן גבוהה,חומצה פורמית יש את היתרונות של פעולה פשוטה וניתנת לשליטה, תנאים מתונים וסלקטיביות כימית טובה בהשוואה למימן מסורתי. הוא נמצא בשימוש נרחב בהפחתה סלקטיבית של אלדהידים, ניטרו, אימינים, ניטרילים, אלקנים, אלקנים וכן הלאה לייצור אלכוהולים, אמינים, אלקנים ואלקנים מתאימים. וההידרוליזה וביטול ההגנה על קבוצות פונקציונליות של אלכוהולים ואפוקסידים. לאור העובדה שחומצה פורמית יכול לשמש גם כחומר גלם C1, כמגיב בסיסי רב תכליתי מרכזי,חומצה פורמית ניתן ליישם גם להפחתת פורמילציה של נגזרות קינולין, פורמילציה ומתילציה של תרכובות אמינים, קרבונילציה של אולפין והידרציה הפחתת של אלקנים ותגובות טנדם רב-שלביות אחרות, שהיא דרך חשובה להשיג סינתזה ירוקה יעילה ופשוטה של ​​אורגני עדין ומורכב. מולקולות. האתגר של תהליכים כאלה הוא למצוא זרזים רב-תכליתיים עם סלקטיביות ופעילות גבוהים להפעלה מבוקרת של חומצה פורמית וקבוצות פונקציונליות ספציפיות. בנוסף, מחקרים אחרונים הראו ששימוש בחומצה פורמית כחומר גלם C1 יכול גם לסנתז ישירות כימיקלים בתפזורת כגון מתנול עם סלקטיביות גבוהה באמצעות תגובת דיספרופורציה קטליטית.

בהמרה קטליטית של ביומסה, המאפיינים הרב-תכליתיים שלחומצה פורמיתלספק פוטנציאל למימוש תהליכי זיקוק ביולוגי ירוקים, בטוחים וחסכוניים. משאבי ביומסה הם המשאבים האלטרנטיביים הברי-קיימאים הגדולים והמבטיחים ביותר, אך הפיכתם לצורות משאבים שימושיות נותרה אתגר. ניתן ליישם את תכונות החומצה ותכונות הממס הטובות של חומצה פורמית בתהליך טיפול מקדים של חומרי גלם ביומסה כדי לממש את ההפרדה של רכיבי ליגנוצלולוזה ומיצוי תאית. בהשוואה למערכת המסורתית לטיפול מוקדם בחומצות אנאורגניות, יש לה יתרונות של נקודת רתיחה נמוכה, הפרדה קלה, ללא החדרת יונים אנאורגניים ותאימות חזקה לתגובות במורד הזרם. כמקור מימן יעיל,חומצה פורמית כמו כן, נחקר ויישם רבות בבחירת המרה קטליטית של תרכובות פלטפורמת ביומסה לכימיקלים בעלי ערך מוסף גבוה, פירוק ליגנין לתרכובות ארומטיות, ותהליכי זיקוק הידרודאוקסידציה ביו-שמן. בהשוואה לתהליך ההידרוגנציה המסורתי התלוי ב-H2, לחומצה פורמית יש יעילות המרה גבוהה ותנאי תגובה מתונים. זה פשוט ובטוח, ויכול להפחית ביעילות את צריכת החומרים והאנרגיה של משאבי מאובנים בתהליך הזיקוק הביולוגי הקשור. מחקרים אחרונים הראו כי על ידי דה-פולימריזציה של ליגנין מחומצן פנימהחומצה פורמית תמיסה מימית בתנאים מתונים, ניתן להשיג תמיסה ארומטית במשקל מולקולרי נמוך עם יחס משקל גבוה מ-60%. תגלית חדשנית זו מביאה הזדמנויות חדשות למיצוי ישיר של כימיקלים ארומטיים בעלי ערך גבוה מליגנין.

לסיכום, ביו מבוסס חומצה פורמיתמראה פוטנציאל גדול בסינתזה אורגנית ירוקה והמרת ביומסה, והרב-תכליתיות והרב-תכליתיות שלה חיוניות להשגת ניצול יעיל של חומרי גלם וסלקטיביות גבוהה של מוצרי יעד. נכון לעכשיו, תחום זה השיג כמה הישגים ופותח במהירות, אך עדיין יש מרחק ניכר מהיישום התעשייתי בפועל, ויש צורך בחקירה נוספת. מחקר עתידי צריך להתמקד בהיבטים הבאים: (1) כיצד לבחור מתכות אקטיביות קטליטיות מתאימות ומערכות תגובה לתגובות ספציפיות; (2) כיצד להפעיל ביעילות ובקרה של חומצה פורמית בנוכחות חומרי גלם וריאגנטים אחרים; (3) כיצד להבין את מנגנון התגובה של תגובות מורכבות מהרמה המולקולרית; (4) כיצד לייצב את הזרז המתאים בתהליך הרלוונטי. בהסתכלות קדימה אל העתיד, בהתבסס על הצרכים של החברה המודרנית לסביבה, כלכלה ופיתוח בר קיימא, כימיה חומצת פורמית תקבל יותר ויותר תשומת לב ומחקר מהתעשייה והאקדמיה.