اسید فرمیک: یک معرف همه کاره تجدید پذیر برای سنتز شیمیایی سبز و پایدار

در سال‌های اخیر، با کمبود روزافزون منابع فسیلی و بدتر شدن محیط زندگی انسان، استفاده کارآمد و پایدار از منابع تجدیدپذیر مانند زیست توده مورد توجه پژوهش‌ها و توجه دانشمندان سراسر جهان قرار گرفته است. اسید فرمیک، یکی از محصولات جانبی اصلی در تصفیه زیستی، دارای ویژگی های ارزان و آسان، غیر سمی، چگالی انرژی بالا، تجدید پذیر و تجزیه پذیر و غیره است. استفاده از آن در استفاده از انرژی های جدید و تبدیل شیمیایی نه تنها به زمینه کاربرد اسید فرمیک را بیشتر گسترش می دهد، اما همچنین به حل برخی از مشکلات رایج گلوگاه در فناوری تصفیه زیستی آینده کمک می کند. این مقاله به طور خلاصه تاریخچه تحقیقات استفاده از اسید فرمیک را مرور می کند، آخرین پیشرفت های تحقیقاتی اسید فرمیک را به عنوان یک معرف و ماده اولیه کارآمد و چند منظوره در سنتز شیمیایی و تبدیل کاتالیزوری زیست توده خلاصه می کند و اصل اساسی و سیستم کاتالیزوری را با هم مقایسه و تحلیل می کند. استفاده از فعال سازی اسید فرمیک برای دستیابی به تبدیل شیمیایی کارآمد. خاطرنشان می شود که تحقیقات آتی باید بر بهبود راندمان استفاده از اسید فرمیک و تحقق سنتز گزینش پذیری بالا متمرکز شود و زمینه کاربرد آن را بر این اساس بیشتر گسترش دهد.

در سنتز شیمیایی، اسید فرمیک به عنوان یک معرف چند منظوره سازگار با محیط زیست و تجدید پذیر، می تواند در فرآیند تبدیل انتخابی گروه های عاملی مختلف استفاده شود. به عنوان یک معرف انتقال هیدروژن یا عامل کاهنده با محتوای هیدروژن بالا، اسید فرمیک دارای مزایای عملکرد ساده و قابل کنترل، شرایط ملایم و انتخاب شیمیایی خوب در مقایسه با هیدروژن سنتی است. به طور گسترده ای در احیای انتخابی آلدهیدها، نیترو، ایمین ها، نیتریل ها، آلکین ها، آلکن ها و غیره برای تولید الکل ها، آمین ها، آلکن ها و آلکان های مربوطه استفاده می شود. و هیدرولیز و گروه عملکردی محافظت از الکل ها و اپوکسیدها. با توجه به این واقعیت که اسید فرمیک می تواند به عنوان ماده خام C1 نیز به عنوان یک معرف اساسی چند منظوره استفاده شود، اسید فرمیک را می توان برای کاهش فرمیلاسیون مشتقات کینولین، فرمیلاسیون و متیلاسیون ترکیبات آمین، کربونیلاسیون الفین نیز استفاده کرد. و کاهش هیدراتاسیون آلکین ها و سایر واکنش های پشت سر هم چند مرحله ای، که راه مهمی برای دستیابی به سنتز سبز کارآمد و ساده مواد آلی ریز و پیچیده است. مولکول ها چالش چنین فرآیندهایی یافتن کاتالیزورهای چند منظوره با گزینش پذیری و فعالیت بالا برای فعال سازی کنترل شده اسید فرمیک و گروه های عاملی خاص است. علاوه بر این، مطالعات اخیر نشان داده است که استفاده از اسید فرمیک به عنوان ماده خام C1 همچنین می تواند به طور مستقیم مواد شیمیایی حجیم مانند متانول را با گزینش پذیری بالا از طریق واکنش عدم تناسب کاتالیزوری سنتز کند.

در تبدیل کاتالیزوری زیست توده، خواص چند منظوره اسید فرمیک پتانسیل را برای تحقق فرآیندهای زیست پالایش سبز، ایمن و مقرون به صرفه فراهم می کند. منابع زیست توده بزرگترین و امیدوارکننده ترین منابع جایگزین پایدار هستند، اما تبدیل آنها به اشکال منابع قابل استفاده همچنان یک چالش است. خواص اسیدی و خواص حلال خوب اسید فرمیک را می توان در فرآیند پیش تصفیه مواد خام زیست توده برای تحقق جداسازی اجزای لیگنوسلولز و استخراج سلولز اعمال کرد. در مقایسه با سیستم پیش تصفیه اسید معدنی سنتی، دارای مزایای نقطه جوش کم، جداسازی آسان، عدم معرفی یون های معدنی و سازگاری قوی برای واکنش های پایین دست است. به عنوان یک منبع هیدروژن کارآمد، اسید فرمیک نیز به طور گسترده در انتخاب تبدیل کاتالیزوری ترکیبات پلت فرم زیست توده به مواد شیمیایی با ارزش افزوده بالا، تجزیه لیگنین به ترکیبات معطر و فرآیندهای تصفیه هیدروداکسیداسیون روغن زیستی مورد مطالعه و استفاده قرار گرفته است. در مقایسه با فرآیند هیدروژناسیون سنتی وابسته به H2، اسید فرمیک دارای راندمان تبدیل بالا و شرایط واکنش ملایم است. این ساده و ایمن است و می تواند به طور موثری مصرف مواد و انرژی منابع فسیلی را در فرآیند تصفیه زیستی مرتبط کاهش دهد. مطالعات اخیر نشان داده است که با پلیمریزاسیون لیگنین اکسید شده در محلول آبی اسید فرمیک در شرایط ملایم، می توان یک محلول معطر با وزن مولکولی کم با نسبت وزنی بیشتر از 60 درصد به دست آورد. این کشف نوآورانه فرصت های جدیدی را برای استخراج مستقیم مواد شیمیایی معطر با ارزش بالا از لیگنین به ارمغان می آورد.

به طور خلاصه، اسید فرمیک مبتنی بر زیست پتانسیل زیادی در سنتز آلی سبز و تبدیل زیست توده نشان می دهد و تطبیق پذیری و چند منظوره بودن آن برای دستیابی به استفاده کارآمد از مواد خام و انتخاب پذیری بالای محصولات هدف ضروری است. در حال حاضر، این رشته دستاوردهایی داشته و به سرعت توسعه یافته است، اما هنوز فاصله قابل توجهی با کاربرد صنعتی واقعی وجود دارد و نیاز به کاوش بیشتر است. تحقیقات آتی باید بر جنبه‌های زیر متمرکز باشد: (1) نحوه انتخاب فلزات فعال کاتالیزوری و سیستم‌های واکنش مناسب برای واکنش‌های خاص. (2) چگونه می توان به طور موثر و قابل کنترل اسید فرمیک را در حضور سایر مواد خام و معرف ها فعال کرد. (3) نحوه درک مکانیسم واکنش واکنش های پیچیده از سطح مولکولی. (4) نحوه تثبیت کاتالیزور مربوطه در فرآیند مربوطه. با نگاه به آینده، بر اساس نیازهای جامعه مدرن برای محیط زیست، اقتصاد و توسعه پایدار، شیمی اسید فرمیک بیشتر و بیشتر مورد توجه و تحقیقات صنعت و دانشگاه قرار خواهد گرفت.