Skudrskābe: daudzpusīgs atjaunojams reaģents zaļai un ilgtspējīgai ķīmiskai sintēzei

图片2 拷贝

Pēdējos gados, pieaugot fosilo resursu trūkumam un cilvēku dzīves vides stāvokļa pasliktināšanās, atjaunojamo resursu, piemēram, biomasas, efektīva un ilgtspējīga izmantošana ir kļuvusi par pētījumu un zinātnieku uzmanības centrā visā pasaulē. Skudrskābei, vienam no galvenajiem biorafinēšanas blakusproduktiem, piemīt tādas īpašības kā lēta un viegli iegūstama, netoksiska, ar augstu enerģijas blīvumu, atjaunojama un noārdāma utt. Tās izmantošana jaunai enerģijas izmantošanai un ķīmiskai transformācijai palīdz ne tikai vēl vairāk paplašina skudrskābes pielietojuma jomu, bet arī palīdz atrisināt dažas izplatītas sastrēgumu problēmas nākotnes biorafinēšanas tehnoloģijā. Šajā rakstā īsumā apskatīta skudrskābes izmantošanas izpētes vēsture, apkopoti jaunākie skudrskābes kā efektīva un daudzfunkcionāla reaģenta un izejmateriāla biomasas ķīmiskās sintēzes un katalītiskās pārvēršanas pētījumu sasniegumi, kā arī salīdzināts un analizēts pamatprincips un katalītiskā sistēma. izmantot skudrskābes aktivāciju, lai panāktu efektīvu ķīmisko pārveidi. Tiek norādīts, ka turpmākajos pētījumos jākoncentrējas uz skudrskābes izmantošanas efektivitātes uzlabošanu un augstas selektivitātes sintēzes realizēšanu, un uz šī pamata jāturpina paplašināt tās pielietojuma jomu.

Ķīmiskajā sintēzē skudrskābi kā videi draudzīgu un atjaunojamu daudzfunkcionālu reaģentu var izmantot dažādu funkcionālo grupu selektīvā konversijas procesā. Kā ūdeņraža pārneses reaģents vai reducētājs ar augstu ūdeņraža saturu, skudrskābei salīdzinājumā ar tradicionālo ūdeņradi ir priekšrocības: vienkārša un kontrolējama darbība, viegli apstākļi un laba ķīmiskā selektivitāte. To plaši izmanto aldehīdu, nitro, imīnu, nitrilu, alkīnu, alkēnu un tā tālāk selektīvai reducēšanai, lai iegūtu atbilstošus spirtus, amīnus, alkēnus un alkānus. Un spirtu un epoksīdu hidrolīze un funkcionālo grupu noņemšana. Ņemot vērā to, ka skudrskābi var izmantot arī kā C1 izejvielu, kā galveno daudzfunkcionālo bāzisko reaģentu, skudrskābi var izmantot arī hinolīna atvasinājumu formilēšanai, amīna savienojumu formilēšanai un metilēšanai, olefīna karbonilēšanai. un alkīnu reducējošā hidratācija un citas daudzpakāpju tandēma reakcijas, kas ir svarīgs veids, kā panākt efektīvu un vienkāršu smalko un sarežģīto organisko vielu zaļo sintēzi molekulas. Šādu procesu izaicinājums ir atrast daudzfunkcionālus katalizatorus ar augstu selektivitāti un aktivitāti skudrskābes un specifisku funkcionālo grupu kontrolētai aktivācijai. Turklāt jaunākie pētījumi ir parādījuši, ka, izmantojot skudrskābi kā C1 izejvielu, var arī tieši sintezēt lielapjoma ķīmiskas vielas, piemēram, metanolu ar augstu selektivitāti, izmantojot katalītiskās disproporcijas reakciju.

Biomasas katalītiskajā pārveidē skudrskābes daudzfunkcionālās īpašības sniedz potenciālu videi draudzīgu, drošu un izmaksu ziņā efektīvu biorafinēšanas procesu realizācijai. Biomasas resursi ir lielākie un perspektīvākie ilgtspējīgie alternatīvie resursi, taču to pārveide izmantojamās resursu formās joprojām ir izaicinājums. Skudrskābes skābes īpašības un labās šķīdinātāja īpašības var izmantot biomasas izejvielu pirmapstrādes procesā, lai realizētu lignocelulozes komponentu atdalīšanu un celulozes ekstrakciju. Salīdzinājumā ar tradicionālo neorganisko skābju pirmapstrādes sistēmu, tai ir zemas viršanas temperatūras priekšrocības, viegla atdalīšana, neorganisko jonu ievadīšana un spēcīga saderība ar pakārtotajām reakcijām. Skudrskābe kā efektīvs ūdeņraža avots ir arī plaši pētīta un izmantota biomasas platformas savienojumu katalītiskās pārvēršanas par augstas pievienotās vērtības ķimikālijām, lignīna sadalīšanās aromātiskos savienojumos un bioeļļas hidrodeoksidācijas rafinēšanas procesos. Salīdzinot ar tradicionālo hidrogenēšanas procesu, kas ir atkarīgs no H2, skudrskābei ir augsta konversijas efektivitāte un viegli reakcijas apstākļi. Tas ir vienkāršs un drošs, un var efektīvi samazināt fosilo resursu materiālu un enerģijas patēriņu saistītajā bioloģiskās rafinēšanas procesā. Jaunākie pētījumi ir parādījuši, ka, depolimerizējot oksidētu lignīnu skudrskābes ūdens šķīdumā vieglos apstākļos, var iegūt zemas molekulmasas aromātisku šķīdumu, kura masas attiecība ir lielāka par 60%. Šis novatoriskais atklājums paver jaunas iespējas tiešai augstvērtīgu aromātisko ķīmisko vielu ekstrakcijai no lignīna.

Rezumējot, bioloģiski ražotai skudrskābei ir liels potenciāls zaļajā organiskajā sintēzē un biomasas pārveidē, un tās daudzpusība un daudzpusība ir būtiska, lai panāktu efektīvu izejvielu izmantošanu un augstu mērķa produktu selektivitāti. Šobrīd šī joma ir sasniegusi dažus sasniegumus un ir strauji attīstīta, taču joprojām ir ievērojams attālums no faktiskā rūpnieciskā pielietojuma, un ir nepieciešama turpmāka izpēte. Turpmākajos pētījumos galvenā uzmanība jāpievērš šādiem aspektiem: (1) kā izvēlēties piemērotus katalītiski aktīvos metālus un reakciju sistēmas konkrētām reakcijām; (2) kā efektīvi un kontrolējami aktivizēt skudrskābi citu izejvielu un reaģentu klātbūtnē; (3) Kā izprast kompleksu reakciju reakcijas mehānismu no molekulārā līmeņa; (4) Kā stabilizēt atbilstošo katalizatoru attiecīgajā procesā. Raugoties nākotnē, balstoties uz mūsdienu sabiedrības vajadzībām vides, ekonomikas un ilgtspējīgas attīstības jomā, skudrskābes ķīmija saņems arvien lielāku rūpniecību un akadēmisko aprindu uzmanību un pētījumus.


Izlikšanas laiks: 19. decembris 2024