Chức năng của axit formic

Trong những năm gần đây, với tình trạng thiếu hụt tài nguyên hóa thạch ngày càng tăng và môi trường sống của con người ngày càng suy thoái, việc sử dụng hiệu quả và bền vững các nguồn tài nguyên tái tạo như sinh khối đã trở thành tâm điểm nghiên cứu và chú ý của các nhà khoa học trên thế giới.Axit formic, một trong những sản phẩm phụ chính trong quá trình tinh chế sinh học, có đặc điểm rẻ và dễ thu được, không độc hại, mật độ năng lượng cao, có thể tái tạo và phân hủy, v.v. Áp dụng nó vào việc sử dụng năng lượng mới và chuyển đổi hóa học không chỉ giúp mở rộng hơn nữa lĩnh vực ứng dụng củaaxit formic, mà còn giúp giải quyết một số vấn đề tắc nghẽn phổ biến trong công nghệ tinh chế sinh học trong tương lai. Bài viết này tóm tắt ngắn gọn lịch sử nghiên cứu của axit formic sử dụng, tóm tắt tiến độ nghiên cứu mới nhất củaaxit formic như một thuốc thử và nguyên liệu thô hiệu quả và đa năng trong tổng hợp hóa học và chuyển đổi xúc tác sinh khối, đồng thời so sánh và phân tích nguyên lý cơ bản và hệ thống xúc tác của việc sử dụng axit formic kích hoạt để đạt được chuyển đổi hóa học hiệu quả. Người ta chỉ ra rằng nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc cải thiện hiệu quả sử dụng axit formic và thực hiện tổng hợp có tính chọn lọc cao, đồng thời mở rộng hơn nữa lĩnh vực ứng dụng của nó trên cơ sở này.

Trong tổng hợp hóa học,axit formic, như một thuốc thử đa chức năng thân thiện với môi trường và có thể tái tạo, có thể được sử dụng trong quá trình chuyển đổi có chọn lọc của các nhóm chức năng khác nhau. Là thuốc thử chuyển hydro hoặc chất khử có hàm lượng hydro cao,axit formic có ưu điểm là vận hành đơn giản và dễ kiểm soát, điều kiện ôn hòa và độ chọn lọc hóa học tốt so với hydro truyền thống. Nó được sử dụng rộng rãi trong việc khử có chọn lọc aldehyd, nitro, imin, nitriles, alkynes, anken, v.v. để tạo ra rượu, amin, anken và ankan tương ứng. Và sự thủy phân và khử nhóm chức năng của rượu và epoxit. Trước thực tế rằngaxit formic cũng có thể được sử dụng làm nguyên liệu thô C1, làm thuốc thử cơ bản đa năng,axit formic cũng có thể được áp dụng để khử quá trình tạo thành các dẫn xuất quinoline, quá trình tạo thành và methyl hóa các hợp chất amin, cacbonyl hóa olefin và khử quá trình hydrat hóa của alkynes và các phản ứng song song nhiều tầng khác, đây là một cách quan trọng để đạt được sự tổng hợp xanh đơn giản và hiệu quả của các chất hữu cơ mịn và phức tạp. phân tử. Thách thức của các quá trình này là tìm ra các chất xúc tác đa chức năng có tính chọn lọc và hoạt tính cao để kích hoạt có kiểm soát các chất xúc tác. axit formic và các nhóm chức năng cụ thể. Ngoài ra, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng sử dụng axit formic làm nguyên liệu thô C1 cũng có thể tổng hợp trực tiếp các hóa chất số lượng lớn như metanol với độ chọn lọc cao thông qua phản ứng không cân xứng xúc tác.

Trong quá trình chuyển đổi xúc tác sinh khối, các đặc tính đa chức năng củaaxit formiccung cấp tiềm năng để hiện thực hóa các quy trình tinh chế sinh học xanh, an toàn và tiết kiệm chi phí. Tài nguyên sinh khối là nguồn tài nguyên thay thế bền vững lớn nhất và hứa hẹn nhất, nhưng việc chuyển đổi chúng thành các dạng tài nguyên có thể sử dụng được vẫn là một thách thức. Tính chất axit và tính chất dung môi tốt của axit formic có thể được áp dụng cho quy trình tiền xử lý nguyên liệu sinh khối để thực hiện việc tách các thành phần lignocellulose và chiết xuất cellulose. So với hệ thống tiền xử lý axit vô cơ truyền thống, nó có ưu điểm là điểm sôi thấp, dễ tách, không đưa các ion vô cơ vào và khả năng tương thích mạnh mẽ cho các phản ứng xuôi dòng. Là một nguồn hydro hiệu quả,axit formic cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong việc lựa chọn chuyển đổi xúc tác các hợp chất nền tảng sinh khối thành các hóa chất có giá trị gia tăng cao, phân hủy lignin thành các hợp chất thơm và quá trình tinh chế hydrodeoxid hóa dầu sinh học. So với quá trình hydro hóa truyền thống phụ thuộc vào H2, axit formic có hiệu suất chuyển đổi cao và điều kiện phản ứng nhẹ. Nó đơn giản và an toàn, đồng thời có thể giảm thiểu hiệu quả mức tiêu thụ nguyên liệu và năng lượng của các nguồn tài nguyên hóa thạch trong quá trình tinh chế sinh học liên quan. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng bằng cách khử polyme hóa lignin bị oxy hóa trongaxit formic dung dịch nước trong điều kiện nhẹ, có thể thu được dung dịch thơm có trọng lượng phân tử thấp với tỷ lệ trọng lượng lớn hơn 60%. Khám phá sáng tạo này mang đến những cơ hội mới cho việc chiết xuất trực tiếp các hóa chất thơm có giá trị cao từ lignin.

Tóm lại, dựa trên sinh học axit formiccho thấy tiềm năng lớn trong việc tổng hợp hữu cơ xanh và chuyển đổi sinh khối, đồng thời tính linh hoạt và đa năng của nó là rất cần thiết để đạt được hiệu quả sử dụng nguyên liệu thô và tính chọn lọc cao của các sản phẩm mục tiêu. Hiện tại, lĩnh vực này đã đạt được một số thành tựu và phát triển nhanh chóng, nhưng vẫn còn một khoảng cách đáng kể so với ứng dụng công nghiệp thực tế và cần phải thăm dò thêm. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào các khía cạnh sau: (1) cách lựa chọn kim loại hoạt tính xúc tác phù hợp và hệ thống phản ứng cho các phản ứng cụ thể; (2) cách kích hoạt axit formic một cách hiệu quả và có kiểm soát khi có các nguyên liệu thô và thuốc thử khác; (3) Làm thế nào để hiểu cơ chế phản ứng của các phản ứng phức tạp ở cấp độ phân tử; (4) Cách ổn định chất xúc tác tương ứng trong quy trình liên quan. Hướng tới tương lai, dựa trên nhu cầu của xã hội hiện đại về môi trường, kinh tế và phát triển bền vững, hóa học axit formic sẽ ngày càng nhận được sự quan tâm và nghiên cứu từ giới công nghiệp và giới học thuật.