หน้าที่ของกรดฟอร์มิก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จากการขาดแคลนทรัพยากรฟอสซิลที่เพิ่มขึ้นและการเสื่อมสภาพของสภาพแวดล้อมในการดำรงชีวิตของมนุษย์ การใช้ทรัพยากรหมุนเวียน เช่น ชีวมวล อย่างมีประสิทธิภาพและยั่งยืน ได้กลายเป็นจุดสนใจของการวิจัยและความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกรดฟอร์มิกซึ่งเป็นหนึ่งในผลพลอยได้หลักในการกลั่นทางชีวภาพ มีลักษณะราคาถูกและได้มาง่าย ปลอดสารพิษ มีความหนาแน่นของพลังงานสูง สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้และย่อยสลายได้ เป็นต้น การนำไปประยุกต์ใช้กับการใช้พลังงานใหม่และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีไม่เพียงแต่ช่วยให้ขยายตัวต่อไปเท่านั้น สาขาการสมัครของกรดฟอร์มิกแต่ยังช่วยแก้ปัญหาคอขวดทั่วไปในเทคโนโลยีการกลั่นชีวภาพในอนาคต บทความนี้ได้ทบทวนประวัติการวิจัยของ กรดฟอร์มิก การใช้ประโยชน์ สรุปความก้าวหน้าการวิจัยล่าสุดของกรดฟอร์มิก เป็นรีเอเจนต์และวัตถุดิบที่มีประสิทธิภาพและอเนกประสงค์ในการสังเคราะห์ทางเคมีและการเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยาของชีวมวล และเปรียบเทียบและวิเคราะห์หลักการพื้นฐานและระบบเร่งปฏิกิริยาในการใช้ กรดฟอร์มิก การกระตุ้นเพื่อให้เกิดการแปลงสารเคมีอย่างมีประสิทธิภาพ ชี้ให้เห็นว่าการวิจัยในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้กรดฟอร์มิกและการสังเคราะห์การเลือกสรรที่สูง และขยายขอบเขตการใช้งานบนพื้นฐานนี้ต่อไป

ในการสังเคราะห์ทางเคมีกรดฟอร์มิกเนื่องจากเป็นรีเอเจนต์อเนกประสงค์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและหมุนเวียนได้ จึงสามารถนำมาใช้ในกระบวนการแปลงแบบเลือกของกลุ่มฟังก์ชันต่างๆ ได้ ในฐานะรีเอเจนต์การถ่ายโอนไฮโดรเจนหรือตัวรีดิวซ์ที่มีปริมาณไฮโดรเจนสูงกรดฟอร์มิก มีข้อดีคือใช้งานง่ายและควบคุมได้ มีสภาวะที่ไม่รุนแรงและมีการคัดเลือกสารเคมีที่ดีเมื่อเปรียบเทียบกับไฮโดรเจนแบบดั้งเดิม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการคัดเลือกอัลดีไฮด์, ไนโตร, อิมีน, ไนไตรล์, อัลคีน, อัลคีนและอื่น ๆ เพื่อผลิตแอลกอฮอล์เอมีนอัลคีนและอัลเคนที่สอดคล้องกัน และการไฮโดรไลซิสและหมู่ฟังก์ชัน deprotection ของแอลกอฮอล์และอีพอกไซด์ โดยคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่ากรดฟอร์มิก ยังสามารถใช้เป็นวัตถุดิบ C1 เป็นตัวทำปฏิกิริยาพื้นฐานอเนกประสงค์ที่สำคัญกรดฟอร์มิก นอกจากนี้ยังสามารถนำไปใช้กับการลดฟอร์มิเลชั่นของอนุพันธ์ควิโนลีน ฟอร์มิเลชั่นและเมทิลเลชั่นของสารประกอบเอมีน คาร์บอนิลเลชั่นของโอเลฟิน และการลดไฮเดรชั่นของอัลคีนและปฏิกิริยาเรียงตามหลายขั้นตอนอื่น ๆ ซึ่งเป็นวิธีสำคัญในการบรรลุการสังเคราะห์สีเขียวที่มีประสิทธิภาพและเรียบง่ายของสารอินทรีย์ที่ละเอียดและซับซ้อน โมเลกุล ความท้าทายของกระบวนการดังกล่าวคือการหาตัวเร่งปฏิกิริยาแบบมัลติฟังก์ชั่นที่มีการคัดเลือกและกิจกรรมสูงสำหรับการกระตุ้นที่มีการควบคุม กรดฟอร์มิก และกลุ่มการทำงานเฉพาะ นอกจากนี้ การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าการใช้กรดฟอร์มิกเป็นวัตถุดิบ C1 ยังสามารถสังเคราะห์สารเคมีจำนวนมากได้โดยตรง เช่น เมทานอล ที่มีค่าการคัดเลือกสูงผ่านปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วน

ในการแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาของชีวมวล คุณสมบัติมัลติฟังก์ชั่นของกรดฟอร์มิกมอบศักยภาพในการทำให้เกิดกระบวนการกลั่นชีวภาพที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ปลอดภัย และคุ้มค่า ทรัพยากรชีวมวลเป็นทรัพยากรทางเลือกที่ยั่งยืนที่ใหญ่ที่สุดและมีแนวโน้มมากที่สุด แต่การเปลี่ยนแปลงให้เป็นรูปแบบทรัพยากรที่ใช้งานได้ยังคงเป็นความท้าทาย คุณสมบัติของกรดและคุณสมบัติตัวทำละลายที่ดีของกรดฟอร์มิกสามารถนำไปใช้กับกระบวนการปรับสภาพของวัตถุดิบชีวมวลเพื่อให้ทราบถึงการแยกส่วนประกอบลิกโนเซลลูโลสและการสกัดเซลลูโลส เมื่อเปรียบเทียบกับระบบปรับสภาพกรดอนินทรีย์แบบดั้งเดิม มีข้อดีคือมีจุดเดือดต่ำ แยกง่าย ไม่มีไอออนอนินทรีย์ และเข้ากันได้ดีกับปฏิกิริยาขั้นปลายน้ำ เนื่องจากเป็นแหล่งไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพกรดฟอร์มิก ยังได้รับการศึกษาและนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการเลือกการเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยาของสารประกอบแพลตฟอร์มชีวมวลเป็นสารเคมีที่มีมูลค่าเพิ่มสูง การย่อยสลายลิกนินเป็นสารประกอบอะโรมาติก และกระบวนการกลั่นน้ำมันชีวภาพด้วยไฮโดรดีออกซิเดชัน เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการไฮโดรจิเนชันแบบดั้งเดิมที่อาศัย H2 กรดฟอร์มิกมีประสิทธิภาพในการแปลงสูงและมีสภาวะปฏิกิริยาที่ไม่รุนแรง ง่ายและปลอดภัย และสามารถลดการใช้วัสดุและพลังงานของทรัพยากรฟอสซิลในกระบวนการกลั่นชีวภาพที่เกี่ยวข้องได้อย่างมีประสิทธิภาพ การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าโดยการลดโพลีเมอร์ลิกลิกนินออกซิไดซ์ในกรดฟอร์มิก สารละลายที่เป็นน้ำภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง สามารถรับสารละลายอะโรมาติกน้ำหนักโมเลกุลต่ำที่มีอัตราส่วนน้ำหนักมากกว่า 60% ได้ การค้นพบเชิงนวัตกรรมนี้นำมาซึ่งโอกาสใหม่ในการสกัดสารเคมีอะโรมาติกที่มีมูลค่าสูงจากลิกนินโดยตรง

สรุปคือเป็น bio-based กรดฟอร์มิกแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยอดเยี่ยมในการสังเคราะห์สารอินทรีย์สีเขียวและการเปลี่ยนมวลชีวมวล และความอเนกประสงค์และอเนกประสงค์มีความจำเป็นเพื่อให้บรรลุการใช้วัตถุดิบอย่างมีประสิทธิภาพและการเลือกสรรผลิตภัณฑ์เป้าหมายสูง ปัจจุบันสาขานี้ประสบความสำเร็จและได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว แต่ก็ยังห่างไกลจากการใช้งานจริงทางอุตสาหกรรมมากและจำเป็นต้องมีการสำรวจเพิ่มเติม การวิจัยในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่ประเด็นต่อไปนี้: (1) วิธีเลือกโลหะที่ออกฤทธิ์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและระบบปฏิกิริยาที่เหมาะสมสำหรับปฏิกิริยาเฉพาะ; (2) วิธีการกระตุ้นกรดฟอร์มิกอย่างมีประสิทธิภาพและควบคุมได้เมื่อมีวัตถุดิบและรีเอเจนต์อื่นๆ (3) จะเข้าใจกลไกการเกิดปฏิกิริยาของปฏิกิริยาที่ซับซ้อนจากระดับโมเลกุลได้อย่างไร (4) วิธีการรักษาเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาที่สอดคล้องกันในกระบวนการที่เกี่ยวข้อง มองไปข้างหน้าสู่อนาคต ตามความต้องการของสังคมยุคใหม่ด้านสิ่งแวดล้อม เศรษฐกิจ และการพัฒนาที่ยั่งยืน เคมีกรดฟอร์มิกจะได้รับความสนใจและการวิจัยจากภาคอุตสาหกรรมและสถาบันการศึกษามากขึ้นเรื่อยๆ