Uvod

5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) obećavajući je organski spoj dobiven iz obnovljivih izvora, koji privlači značajnu pozornost u zelenoj kemiji i održivom razvoju. Kao važan kemijski međuproizvod, 5-HMF ima golem potencijal u proizvodnji energije, farmaceutskom razvoju i sintezi visokoučinkovitih materijala. Ovaj članak istražuje osnovna svojstva, metode sinteze i industrijske primjene 5-HMF-a, dok također pruža uvid u njegove buduće izglede u raznim industrijama.

Osnovna svojstva i sinteza 5-hidroksimetilfurfurala

5-HMF ima kemijsku formulu C6H6O3 i pripada klasi aromatskih aldehida. Posjeduje visoku kemijsku reaktivnost zbog svoje aldehidne skupine i strukture aromatskog prstena. Talište mu je 132°C, vrelište 276°C, a topiv je u mnogim otapalima, što ga čini svestranim kemijskim intermedijerom.

Primarne metode sinteze za 5-HMF uključuju reakcije dehidracije šećera kao što su glukoza i fruktoza ili katalitičku pretvorbu iz lignocelulozne biomase. Prema Rosatella i sur. (2011.), optimizacija katalizatora i reakcijskih uvjeta ključna je za poboljšanje prinosa i učinkovitosti proizvodnje 5-HMF-a. Dok je sinteza u laboratorijskim razmjerima napravila značajan napredak, ostaju izazovi u povećanju proizvodnje zbog problema kao što su stabilnost katalizatora i troškovi proizvodnje.

Primjena 5-hidroksimetilfurfurala u energetskom sektoru

U energetskom sektoru, 5-HMF se smatra vrijednim obnovljivim izvorom. Može se pretvoriti u razne oblike energije kao što su biodizel i alkoholi. Prema Ummartyotinu i Pechyenu (2016.), 5-HMF se može pretvoriti u 2,5-furandikarboksilnu kiselinu (FDCA), ključnu građevnu jedinicu za bioplastiku, za kojom postoji sve veća potražnja na tržištu.

Nadalje, 5-HMF može biti podvrgnut hidrogenaciji za proizvodnju etanola ili drugih biogoriva, nudeći održivu alternativu tradicionalnim fosilnim gorivima. Kombinacija 5-HMF i tehnologija pretvorbe biomase predstavlja priliku za unaprjeđenje gospodarstva s niskom razinom ugljika i razvoja obnovljivih izvora energije.

5-hidroksimetilfurfural u farmaceutskom razvoju

5-HMF također pokazuje veliki potencijal u farmaceutskim primjenama. Njegovi derivati ​​pokazuju značajnu bioaktivnost, uključujući protuupalna i antikancerogena svojstva. Fan i sur. (2019) izvijestili su da derivati ​​5-HMF-a pokazuju izvrsnu citotoksičnost i antikancerogene učinke, osobito u liječenju raka i neurodegenerativnih bolesti, pokazujući veliko obećanje kao terapeutska sredstva.

Derivati ​​5-HMF-a imaju snažan afinitet za interakciju s biološkim makromolekulama kao što su proteini i DNA, što ih čini idealnim kandidatima za terapije usmjerene na lijekove. Uz daljnja istraživanja, 5-HMF bi mogao postati ključna komponenta u razvoju novih farmaceutskih tretmana.

Primjena 5-hidroksimetilfurfurala u materijalima visokih performansi

U području materijala visokih performansi, 5-HMF ima značajna obećanja. Sa povećanjem ekoloških propisa, potražnja za materijalima na biološkoj osnovi je u porastu. 5-HMF se može koristiti za sintetiziranje biorazgradive plastike kao što je polilaktična kiselina (PLA) i polivinil alkohol (PVA), koji se široko koriste u pakiranju, poljoprivredi i medicinskim primjenama.

Prema Samiru i sur. (2022.), 5-HMF se ne koristi samo u proizvodnji biorazgradive plastike, već također igra ključnu ulogu u visokoučinkovitim premazima, ljepilima i kompozitnim materijalima. Ovi materijali pomažu smanjiti ovisnost o proizvodima na bazi nafte, promičući razvoj kružnog gospodarstva i održive proizvodne prakse.

Tržišni izgledi i izazovi

Tržišni izgledi za 5-HMF su obećavajući, osobito u energetskoj, farmaceutskoj industriji i industriji materijala. Kao što su primijetili Rosenfeld et al. (2020.), s napretkom u proizvodnoj tehnologiji, očekuje se da će 5-HMF postati središnja komponenta u biokemijskoj industriji. Međutim, ostaje nekoliko izazova u njegovoj komercijalizaciji, prvenstveno u kontroli troškova proizvodnje i osiguravanju stabilnosti katalizatora.

Kako bi se potaknulo široko prihvaćanje 5-HMF-a, buduća bi se istraživanja trebala usredotočiti na smanjenje troškova proizvodnje, povećanje učinkovitosti katalizatora i poboljšanje stabilnosti reakcije. Štoviše, osiguranje ekonomske i ekološke održivosti proizvodnog procesa bit će ključno za njegov dugoročni uspjeh u industrijskim primjenama.

Zaključak

5-Hidroksimetilfurfural (5-HMF) svestran je i ekološki kemijski međuproizvod sa širokom primjenom u raznim industrijama, uključujući energetiku, farmaceutske proizvode i materijale visokih performansi. Kako globalna potražnja za održivim rješenjima raste, 5-HMF je spreman igrati ključnu ulogu u pokretanju gospodarstva s niskom razinom ugljika i zelene kemije. Dok izazovi u proizvodnji velikih razmjera ostaju, tehnološki napredak u katalitičkim procesima i optimizaciji reakcija nude obećavajuće putove za komercijalizaciju 5-HMF-a. Kako se istraživanje nastavlja, 5-HMF će se vjerojatno pojaviti kao ključna kemikalija u pretvorbi obnovljivih izvora, zelenoj kemiji i razvoju lijekova.

Ako imate bilo kakvih pitanja o kreozotu ili drugim kemijskim otopinama, slobodno posjetite naš web stranicu ili kontaktirajte naš stručni tim, rado ćemo vam pružiti podršku.

Reference:

• Rosatella AA, Simeonov SP, Frade RFM, et al. 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) kao građevna platforma: Biološka svojstva, sinteza i sintetičke primjene [J]. Zelena kemija, 2011, 13(4): 754-793.https://doi.org/10.1039/C0GC00401D

• Ummartyotin S, Pechyen C. Strategije za razvoj i implementaciju bio-baziranih materijala kao učinkovitih obnovljivih izvora energije: Sveobuhvatan pregled adsorbent tehnologije [J]. Pregledi obnovljive i održive energije, 2016., 62: 654-664.http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.04.066

• Samir A, Ashour FH, Hakim AAA, et al. Najnoviji napredak u biorazgradivim polimerima za održive primjene [J]. Npj degradacija materijala, 2022., 6(1): 68.https://doi.org/10.1038/s41529-022-00277-7

• Rosenfeld C, Konnerth J, Sailer-Kronlachner W, et al. Trenutna situacija izazovnog povećanja proizvodnje hidroksimetilfurfurala [J]. ChemSusChem, 2020, 13(14): 3544-3564.doi.org/10.1002/cssc.202000581

• Fan W, Verrier C, Queneau Y, et al. 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) u organskoj sintezi: pregled njegove nedavne primjene prema finim kemikalijama [J]. Current organic synthesis, 2019, 16(4): 583-614.https://doi.org/10.2174/1570179416666190412164738