In den letzten Jahren ist die effiziente und nachhaltige Nutzung erneuerbarer Ressourcen wie Biomasse angesichts der zunehmenden Verknappung fossiler Ressourcen und der Verschlechterung der menschlichen Lebensumwelt in den Mittelpunkt der Forschung und Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt gerückt. Ameisensäure, eines der Hauptnebenprodukte bei der Bioraffinierung, zeichnet sich durch günstige und leicht erhältliche Eigenschaften aus, ist ungiftig, hat eine hohe Energiedichte, ist erneuerbar und abbaubar usw. Ihre Anwendung bei der Nutzung neuer Energien und der chemischen Umwandlung trägt nicht nur dazu bei Dies erweitert den Anwendungsbereich von Ameisensäure weiter, trägt aber auch zur Lösung einiger häufiger Engpässe in der zukünftigen Bioraffinierungstechnologie bei. In diesem Artikel wurde kurz auf die Forschungsgeschichte der Ameisensäurenutzung eingegangen, die neuesten Forschungsfortschritte zu Ameisensäure als effizientes und vielseitiges Reagenz und Rohmaterial in der chemischen Synthese und katalytischen Umwandlung von Biomasse zusammengefasst und das Grundprinzip und das katalytische System verglichen und analysiert Möglichkeit, die Ameisensäureaktivierung zu nutzen, um eine effiziente chemische Umwandlung zu erreichen. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die zukünftige Forschung auf die Verbesserung der Nutzungseffizienz von Ameisensäure und die Realisierung einer Synthese mit hoher Selektivität konzentrieren und auf dieser Grundlage ihr Anwendungsgebiet weiter ausbauen sollte.
In der chemischen Synthese kann Ameisensäure als umweltfreundliches und erneuerbares Multifunktionsreagenz im selektiven Umwandlungsprozess verschiedener funktioneller Gruppen eingesetzt werden. Als Wasserstoffübertragungsreagens oder Reduktionsmittel mit hohem Wasserstoffgehalt bietet Ameisensäure im Vergleich zu herkömmlichem Wasserstoff die Vorteile eines einfachen und kontrollierbaren Betriebs, milder Bedingungen und einer guten chemischen Selektivität. Es wird häufig bei der selektiven Reduktion von Aldehyden, Nitro, Iminen, Nitrilen, Alkinen, Alkenen usw. zur Herstellung entsprechender Alkohole, Amine, Alkene und Alkane eingesetzt. Und die Hydrolyse und Entschützung funktioneller Gruppen von Alkoholen und Epoxiden. Da Ameisensäure auch als C1-Rohstoff und als wichtiges Mehrzweck-Grundreagenz verwendet werden kann, kann Ameisensäure auch zur Reduktionsformylierung von Chinolinderivaten, zur Formylierung und Methylierung von Aminverbindungen sowie zur Carbonylierung von Olefinen eingesetzt werden und Reduktionshydratisierung von Alkinen und anderen mehrstufigen Tandemreaktionen, was ein wichtiger Weg ist, um eine effiziente und einfache umweltfreundliche Synthese feiner und komplexer organischer Moleküle zu erreichen. Die Herausforderung solcher Prozesse besteht darin, multifunktionale Katalysatoren mit hoher Selektivität und Aktivität für die kontrollierte Aktivierung von Ameisensäure und spezifischen funktionellen Gruppen zu finden. Darüber hinaus haben neuere Studien gezeigt, dass mit Ameisensäure als C1-Rohstoff durch katalytische Disproportionierungsreaktion auch Massenchemikalien wie Methanol mit hoher Selektivität direkt synthetisiert werden können.
Bei der katalytischen Umwandlung von Biomasse bieten die multifunktionalen Eigenschaften der Ameisensäure Potenzial für die Realisierung umweltfreundlicher, sicherer und kostengünstiger Bioraffinierungsprozesse. Biomasseressourcen sind die größten und vielversprechendsten nachhaltigen alternativen Ressourcen, ihre Umwandlung in nutzbare Ressourcenformen bleibt jedoch eine Herausforderung. Die Säureeigenschaften und guten Lösungsmitteleigenschaften von Ameisensäure können auf den Vorbehandlungsprozess von Biomasserohstoffen angewendet werden, um die Trennung von Lignocellulosebestandteilen und die Celluloseextraktion zu realisieren. Im Vergleich zum herkömmlichen Vorbehandlungssystem mit anorganischer Säure bietet es die Vorteile eines niedrigen Siedepunkts, einer einfachen Trennung, keine Einführung anorganischer Ionen und eine starke Kompatibilität für nachgeschaltete Reaktionen. Als effiziente Wasserstoffquelle wurde Ameisensäure auch umfassend untersucht und bei der Auswahl der katalytischen Umwandlung von Biomasse-Plattformverbindungen in Chemikalien mit hoher Wertschöpfung, beim Ligninabbau zu aromatischen Verbindungen und bei der Hydrodesoxidation von Bioöl-Raffinierungsprozessen eingesetzt. Im Vergleich zum herkömmlichen H2-basierten Hydrierungsverfahren weist Ameisensäure eine hohe Umwandlungseffizienz und milde Reaktionsbedingungen auf. Es ist einfach und sicher und kann den Material- und Energieverbrauch fossiler Ressourcen im damit verbundenen Bioraffinierungsprozess wirksam reduzieren. Jüngste Studien haben gezeigt, dass durch die Depolymerisation von oxidiertem Lignin in einer wässrigen Ameisensäurelösung unter milden Bedingungen eine aromatische Lösung mit niedrigem Molekulargewicht und einem Gewichtsverhältnis von mehr als 60 % erhalten werden kann. Diese innovative Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die direkte Extraktion hochwertiger aromatischer Chemikalien aus Lignin.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass biobasierte Ameisensäure ein großes Potenzial für die umweltfreundliche organische Synthese und Biomasseumwandlung aufweist und ihre Vielseitigkeit und Vielseitigkeit von entscheidender Bedeutung sind, um eine effiziente Nutzung von Rohstoffen und eine hohe Selektivität der Zielprodukte zu erreichen. Gegenwärtig wurden auf diesem Gebiet einige Erfolge erzielt und die Entwicklung rasant vorangetrieben, von der tatsächlichen industriellen Anwendung ist es jedoch noch weit entfernt, und es sind weitere Untersuchungen erforderlich. Zukünftige Forschung sollte sich auf die folgenden Aspekte konzentrieren: (1) wie man geeignete katalytisch aktive Metalle und Reaktionssysteme für bestimmte Reaktionen auswählt; (2) wie man Ameisensäure in Gegenwart anderer Rohstoffe und Reagenzien effizient und kontrollierbar aktiviert; (3) Wie man den Reaktionsmechanismus komplexer Reaktionen auf molekularer Ebene versteht; (4) Wie stabilisiert man den entsprechenden Katalysator im jeweiligen Prozess? Mit Blick auf die Zukunft wird die Ameisensäurechemie, basierend auf den Bedürfnissen der modernen Gesellschaft nach Umwelt, Wirtschaft und nachhaltiger Entwicklung, immer mehr Aufmerksamkeit und Forschung von Industrie und Wissenschaft erhalten.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. Dezember 2024