Įvadas

5-Hidroksimetilfurfuralas (5-HMF) yra perspektyvus organinis junginys, gaunamas iš atnaujinamų išteklių, kuris gausi didelę dėmesį žaliojoje chemijoje ir tvariame vystyme. Kaip svarbus cheminiojo vidurio, 5-HMF turi didelę potencialą energijos gamyboje, vaistų plėtruoje ir aukštos našumo medžiagų sintezėje. Ši straipsnis tyrinėja 5-HMF pagrindinius savybes, sintezės metodus ir pramoninius panaudojimus, taip pat siūlo įžvalgą į jo ateities galimybes įvairiose pramonėse.

5-Hidroksimetilfurfuralo pagrindinės savybės ir sintezė

5-HMF turi cheminią formulę C6H6O3 ir priklauso aromatinėms aldehidams klasės. Jis yra aukštos cheminės reaktyvumo dėka savo aldehidinio grupės ir aromatinio ciklo struktūros. Jo pykimo taškas yra 132°C, su kipimo tašku 276°C, o jis yra išsidėstamas daugelyje šventinių, kas padaro jį universaliu cheminiojo vidurio.

Pagrindinės 5-HMF gavybos metodus sudaro cukrų, pavyzdžiui, glukozo ir fruktozo, dehidracijos reakcijos arba katalitinis pavertimas iš lignoceluliozinių biomasis. Pagal Rosatellą ir kt. (2011), katalizatoriams ir reakcijos sąlygoms optimizuoti yra pagrindinis būdas pagerinti 5-HMF gamybos grąžą ir efektyvumą. Nors laboratorinėmis mastmis gavyba padarė didžiulę pažangą, išlieka iššūkiai, susiję su gamybos mastu dėl problemų, tokių kaip katalizatorių stabilumas ir gamybos išlaidos.

5-Hidroksimetilfurfuralo taikymai energijos sektoriuje

Energijos sektoriuje 5-HMF laikomas vertingu atsinaujinančiu ištekliu. Jis gali būti pertvarkytas į įvairias energijos formas, tokias kaip biodieselis ir alkoholus. Pagal Ummartyotiną ir Pechyeną (2016), 5-HMF gali būti konvertuojamas į 2,5-furandicarboxylic acidą (FDCA), svarbų bioplastikų statmenį, kuriam auga rinkos paklausa.

Be to, 5-HMF gali subrenti hidrogenavimui, kad būtų gamintas etanolas ar kitos biokuras, siūlantis tinkamą alternatyvą tradiciniams kurojams. 5-HMF ir biomases konversijos technologijų derinys atstovauja galimybei skatinti mažo anglies ekonomiką ir atsinaujinančiųjų energijos išteklių plėtrą.

5-Hidroksimetilfurfuralis farmacijos plėtruoje

5-HMF taip pat rodo didelę potencialą farmacinėse programose. Jo derivaatai parodo esminį bioaktyvumą, įskaitant priešuždegimo ir priešrakitinius savybes. Fan ir kt. (2019) pranešė, kad 5-HMF derivaatai rodo puikią citotoksichkumą ir priešrakitinius efektus, ypač vartojant raktinių ir neurodegeneratyvių ligų gydymui, rodant didelį potencialą kaip terapeutiniai agentai.

5-HMF derivačių yra stipri pripažinimo galimybė su biologiniais makromolekulėmis, tokiais kaip baltymai ir DNA, dėl ko jie yra puikūs kandidatai farmaciniam tiksliniam terapijai. Su toliau einančia analize, 5-HMF gali tapti pagrindiniu komponentu naujų vaistinių gydymų kūrimui.

5-Hidroksimetilfurfuralo taikymas aukštos našumo medžiagose

Aukštos našumo medžiagų srityje, 5-HMF turi didelę perspektyvą. Dėl didėjančių aplinkosaugos reguliavimų, auga paklausa po biologiškai pagrįstoms medžiagoms. 5-HMF gali būti naudojamas sintezuoti biodegradable plastikus, tokious kaip polilaktinas (PLA) ir polivinilinis alkoholis (PVA), kurie plačiai naudojami ambalavimo, agricultūros ir medicinos pramone.

Pagal Samir ir kt. (2022), 5-HMF naudojamas ne tik biodegradable plastikų gamyboje, bet taip pat žaidžia svarbų vaidmenį aukštos našumo spalvų, lipnių ir kompozinių medžiagų srityse. Šios medžiagos padeda sumažinti priklausomybę nuo naftos pagrįstų produktų, skatinant ciklinio ekonominio vystymosi ir tvarių gamybos praktikų plėtrą.

Rinkos perspektyvos ir iššūkiai

5-HMF rinkos perspektyvos yra optimistinės, ypač energijos, vaistų ir medžiagų sektoriuose. Kaip pažymėjo Rosenfeld ir kt. (2020), dėl technologinių progresų gamyboje, 5-HMF tikimasi taps centrine komponente biochemikalijų pramonėje. Tačiau jame liko keletas komercinimo iššūkių, pirmiausia susijusių su gamybos išlaidų valdymu ir katalizatorius stabilumo užtikrinimu.

Norint skatinti 5-HMF plačiąją priimtą, ateities tyrimai turėtų koncentruotis ant gamybos išlaidų mažinimo, katalizatorius efektyvumo patobulinimo ir reakcijos stabilumo gerinimo. Be to, užtikrinti gamybos proceso ekonominę ir aplinkos tvarumą bus svarbu jo ilgalaikiams prasmeve industrialiniuose taikymuose.

Išvada

5- Hidroksimetilfurfuralas (5-HMF) yra daugiafunkcinis ir šviesus cheminiojo tarpinio produkto su plačia taikymų spektru įvairiuose pramonės sektoriuose, įskaitant energiją, vaistus ir aukštųjų sandarų medžiagas. Kartu su didėjančia globaline paklausa po tvarių sprendimus, 5-HMF gali atlikti svarbų vaidmenį mažinant anglies ekonomikos plėtrą ir šviesios chemijos srityje. Nors masinės gamybos iššūkiai vis dar liko, technologinių pažangų katalizinėse procese ir reakcijos optimizavime siūlo perspektyvias kelis 5-HMF komerciacijai. Toliau vykdoma mokslinių tyrimų, 5-HMF tikriausiai taps pagrindiniu cheminiojo produktu pergaminių išteklių konversijoje, šviesios chemijoje ir vaistų kūrimo srityse.

Jei jums yra klausimų dėl kreasoto ar kitų cheminių sprendinių, prašome laisvai apsilankyti mūsų  svetainėje  arba susisiekti su mūsų profesionaliu komanda, mes su džiaugsmu jums padėsime.

Šaltiniai:

• Rosatella A A, Simeonov S P, Frade R F M ir kt. 5-Hidroksimetilfurfuralas (HMF) kaip statybinio bloko platforma: biologinės savybės, sintezė ir sintetiniai taikymai[J]. Green chemistry, 2011, 13(4): 754-793. https://doi.org/10.1039/C0GC00401D

• Ummartyotin S, Pechyen C. Strategijos platinamųjų medžiagų kūrimui ir įgyvendinimui kaip efektyviems atnaujinamiems energijos ištekliams: išsamus apžvalga apie adsorbcijos technologiją[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 62: 654-664. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.04.066

• Samir A, Ashour F H, Hakim A A A ir kt. Naujausi pažangumo žingsniai platinamuose polimeruose tinkamoms prieigos aplikacijoms[J]. Npj Materials Degradation, 2022, 6(1): 68. https://doi.org/10.1038/s41529-022-00277-7

• Rosenfeld C, Konnerth J, Sailer‐Kronlachner W ir kt. Dabartinė hidroksimetilfurfuralo gamybos mastelio didinimo iššūkio situacija[J]. ChemSusChem, 2020, 13(14): 3544-3564. doi.org\/10.1002\/cssc.202000581

• F an W, Verrier C, Queneau Y ir kt. 5-Hidroksimetilfurfuralas (HMF) organinėje sintezėje: apžvalga jo paskutinių taikymo krypties grynojo chemikalų atžvilgiu [J]. Dabartinė organinė sintezė, 2019, 16(4): 583-614. https://doi.org/10.2174/1570179416666190412164738