Negli ultimi anni, con la crescente carenza di risorse fossili e il deterioramento dell’ambiente di vita umano, l’uso efficiente e sostenibile delle risorse rinnovabili come la biomassa è diventato il centro della ricerca e dell’attenzione degli scienziati di tutto il mondo. L'acido formico, uno dei principali sottoprodotti della bioraffinazione, ha le caratteristiche di economico e facile da ottenere, non tossico, ad alta densità energetica, rinnovabile e degradabile, ecc. Applicarlo all'utilizzo di nuova energia e alla trasformazione chimica non solo aiuta a espandere ulteriormente il campo di applicazione dell'acido formico, ma aiuta anche a risolvere alcuni problemi comuni di collo di bottiglia nella futura tecnologia di bioraffinazione. Questo articolo ha brevemente esaminato la storia della ricerca sull'utilizzo dell'acido formico, ha riassunto gli ultimi progressi della ricerca sull'acido formico come reagente efficiente e multiuso e materia prima nella sintesi chimica e nella conversione catalitica della biomassa, e ha confrontato e analizzato il principio di base e il sistema catalitico di utilizzare l'attivazione dell'acido formico per ottenere una conversione chimica efficiente. Si sottolinea che la ricerca futura dovrebbe concentrarsi sul miglioramento dell'efficienza di utilizzo dell'acido formico e sulla realizzazione di sintesi ad alta selettività, e su questa base espandere ulteriormente il suo campo di applicazione.
Nella sintesi chimica, l'acido formico, come reagente multifunzionale ecologico e rinnovabile, può essere utilizzato nel processo di conversione selettiva di vari gruppi funzionali. Come reagente per il trasferimento di idrogeno o agente riducente con un elevato contenuto di idrogeno, l'acido formico presenta i vantaggi di un funzionamento semplice e controllabile, condizioni blande e buona selettività chimica rispetto all'idrogeno tradizionale. È ampiamente utilizzato nella riduzione selettiva di aldeidi, nitro, immine, nitrili, alchini, alcheni e così via per produrre alcoli, ammine, alcheni e alcani corrispondenti. E l'idrolisi e la deprotezione dei gruppi funzionali di alcoli ed epossidi. In considerazione del fatto che l'acido formico può essere utilizzato anche come materia prima C1, come reagente di base multiuso chiave, l'acido formico può essere applicato anche alla formilazione di riduzione dei derivati della chinolina, formilazione e metilazione di composti amminici, carbonilazione di olefine e la riduzione dell'idratazione degli alchini e di altre reazioni tandem multistadio, che rappresenta un modo importante per ottenere una sintesi verde efficiente e semplice di molecole organiche fini e complesse. La sfida di tali processi è trovare catalizzatori multifunzionali con elevata selettività e attività per l'attivazione controllata dell'acido formico e di gruppi funzionali specifici. Inoltre, studi recenti hanno dimostrato che l'utilizzo dell'acido formico come materia prima C1 può anche sintetizzare direttamente sostanze chimiche sfuse come il metanolo con elevata selettività attraverso una reazione di sproporzione catalitica.
Nella conversione catalitica della biomassa, le proprietà multifunzionali dell'acido formico forniscono il potenziale per la realizzazione di processi di bioraffinazione ecologici, sicuri ed economici. Le risorse di biomassa sono le risorse alternative sostenibili più grandi e promettenti, ma trasformarle in forme di risorse utilizzabili rimane una sfida. Le proprietà acide e le buone proprietà solventi dell'acido formico possono essere applicate al processo di pretrattamento delle materie prime della biomassa per realizzare la separazione dei componenti lignocellulosici e l'estrazione della cellulosa. Rispetto al tradizionale sistema di pretrattamento degli acidi inorganici, presenta i vantaggi di un basso punto di ebollizione, una facile separazione, nessuna introduzione di ioni inorganici e una forte compatibilità per le reazioni a valle. Come efficiente fonte di idrogeno, l'acido formico è stato ampiamente studiato e applicato anche nella selezione della conversione catalitica dei composti della piattaforma di biomassa in sostanze chimiche ad alto valore aggiunto, nella degradazione della lignina in composti aromatici e nei processi di raffinazione dell'idrodeossidazione del bioolio. Rispetto al tradizionale processo di idrogenazione dipendente da H2, l'acido formico ha un'elevata efficienza di conversione e condizioni di reazione blande. È semplice e sicuro e può ridurre efficacemente il consumo di materiale ed energia delle risorse fossili nel relativo processo di bioraffinazione. Studi recenti hanno dimostrato che depolimerizzando la lignina ossidata in soluzione acquosa di acido formico in condizioni blande, si può ottenere una soluzione aromatica a basso peso molecolare con un rapporto in peso superiore al 60%. Questa scoperta innovativa offre nuove opportunità per l’estrazione diretta di sostanze chimiche aromatiche di alto valore dalla lignina.
In sintesi, l’acido formico di origine biologica mostra un grande potenziale nella sintesi organica verde e nella conversione della biomassa, e la sua versatilità e multiuso sono essenziali per ottenere un utilizzo efficiente delle materie prime e un’elevata selettività dei prodotti target. Allo stato attuale, questo campo ha ottenuto alcuni risultati ed è stato rapidamente sviluppato, ma c’è ancora una distanza considerevole dall’effettiva applicazione industriale e sono necessarie ulteriori esplorazioni. La ricerca futura dovrebbe concentrarsi sui seguenti aspetti: (1) come selezionare metalli attivi catalitici adatti e sistemi di reazione per reazioni specifiche; (2) come attivare in modo efficiente e controllabile l'acido formico in presenza di altre materie prime e reagenti; (3) Come comprendere il meccanismo di reazione di reazioni complesse a livello molecolare; (4) Come stabilizzare il catalizzatore corrispondente nel relativo processo. Guardando al futuro, in base alle esigenze della società moderna in termini di ambiente, economia e sviluppo sostenibile, la chimica dell'acido formico riceverà sempre più attenzione e ricerca da parte dell'industria e del mondo accademico.
Orario di pubblicazione: 19 dicembre 2024