Įvadas

5-hidroksimetilfurfurolis (5-HMF) yra perspektyvus organinis junginys, gaunamas iš atsinaujinančių išteklių, sulaukiantis daug dėmesio žaliosios chemijos ir tvaraus vystymosi srityse. Kaip svarbus cheminis tarpinis produktas, 5-HMF turi didelį potencialą energijos gamyboje, farmacijos kūrime ir aukštos kokybės medžiagų sintezėje. Šiame straipsnyje nagrinėjamos pagrindinės 5-HMF savybės, sintezės metodai ir pramoninis pritaikymas, taip pat pateikiamos įžvalgos apie jo ateities perspektyvas įvairiose pramonės šakose.

Pagrindinės 5-hidroksimetilfurfuralo savybės ir sintezė

5-HMF cheminė formulė yra C6H6O3 ir priklauso aromatinių aldehidų klasei. Dėl savo aldehido grupės ir aromatinio žiedo struktūros jis pasižymi dideliu cheminiu reaktyvumu. Jo lydymosi temperatūra yra 132 °C, virimo temperatūra 276 °C, ir jis tirpsta daugelyje tirpiklių, todėl yra universalus cheminis tarpinis produktas.

Pirminiai 5-HMF sintezės metodai apima cukrų, tokių kaip gliukozė ir fruktozė, dehidratacijos reakcijas arba katalizinę konversiją iš lignoceliuliozės biomasės. Pasak Rosatella ir kt. (2011), katalizatorių ir reakcijos sąlygų optimizavimas yra labai svarbus norint pagerinti 5-HMF gamybos išeigą ir efektyvumą. Nors laboratorinio masto sintezė padarė didelę pažangą, vis dar kyla iššūkių didinant gamybą dėl tokių problemų kaip katalizatoriaus stabilumas ir gamybos sąnaudos.

5-hidroksimetilfurfurolo panaudojimas energetikos sektoriuje

Energetikos sektoriuje 5-HMF laikomas vertingu atsinaujinančiu ištekliu. Jis gali būti transformuojamas į įvairias energijos formas, tokias kaip biodyzelinas ir alkoholiai. Pasak Ummartyotin ir Pechyen (2016), 5-HMF gali būti paverstas 2,5-furandikarboksirūgštimi (FDCA), kuri yra labai svarbi bioplastiko, kurios paklausa rinkoje auga, statybinė medžiaga.

Be to, 5-HMF gali būti hidrinamas, kad būtų gaminamas etanolis arba kiti biodegalai, kurie yra tvari alternatyva tradiciniam iškastiniam kurui. 5-HMF ir biomasės konversijos technologijų derinys suteikia galimybę tobulinti mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančių technologijų ekonomiką ir plėtoti atsinaujinančią energiją.

5-hidroksimetilfurfurolis farmacijos kūrime

5-HMF taip pat rodo didelį potencialą farmacijos srityje. Jo dariniai pasižymi dideliu biologiniu aktyvumu, įskaitant priešuždegimines ir priešvėžines savybes. Fan ir kt. (2019) pranešė, kad 5-HMF dariniai demonstruoja puikų citotoksiškumą ir priešvėžinį poveikį, ypač gydant vėžį ir neurodegeneracines ligas, o tai yra daug žadantys terapiniai agentai.

5-HMF dariniai turi stiprų afinitetą sąveikauti su biologinėmis makromolekulėmis, tokiomis kaip baltymai ir DNR, todėl jie yra idealūs kandidatai į vaistus nukreiptai terapijai. Atlikus tolesnius tyrimus, 5-HMF galėtų tapti pagrindiniu komponentu kuriant naujus farmacinius gydymo būdus.

5-hidroksimetilfurfurolo panaudojimas aukštos kokybės medžiagose

Aukštos kokybės medžiagų srityje 5-HMF yra daug žadantis. Didėjant aplinkosaugos reikalavimams, didėja biologinių medžiagų paklausa. 5-HMF gali būti naudojamas sintetinti biologiškai skaidomus plastikus, tokius kaip polipieno rūgštis (PLA) ir polivinilo alkoholis (PVA), kurie plačiai naudojami pakuotėse, žemės ūkyje ir medicinoje.

Pasak Samir ir kt. (2022), 5-HMF naudojamas ne tik biologiškai skaidžių plastikų gamyboje, bet ir atlieka pagrindinį vaidmenį aukštos kokybės dangose, klijuose ir kompozicinėse medžiagose. Šios medžiagos padeda sumažinti priklausomybę nuo naftos produktų, skatina žiedinės ekonomikos plėtrą ir tvarią gamybos praktiką.

Rinkos perspektyvos ir iššūkiai

5-HMF rinkos perspektyvos yra daug žadančios, ypač energetikos, farmacijos ir medžiagų pramonėje. Kaip pažymėjo Rosenfeld ir kt. (2020 m.), nuolat tobulėjant gamybos technologijoms, tikimasi, kad 5-HMF taps pagrindiniu komponentu biologinės chemijos pramonėje. Tačiau komercializuojant išlieka keletas iššūkių, visų pirma kontroliuojant gamybos sąnaudas ir užtikrinant katalizatoriaus stabilumą.

Siekiant paskatinti plačiai taikyti 5-HMF, būsimi tyrimai turėtų būti sutelkti į gamybos sąnaudų mažinimą, katalizatoriaus efektyvumo didinimą ir reakcijos stabilumo gerinimą. Be to, gamybos proceso ekonominio ir aplinkosaugos tvarumo užtikrinimas bus labai svarbus ilgalaikei jo sėkmei pramonėje.

Išvada

5-Hidroksimetilfurfurolas (5-HMF) yra universalus ir ekologiškas cheminis tarpinis produktas, plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose, įskaitant energetiką, vaistus ir aukštos kokybės medžiagas. Pasaulinei tvarių sprendimų paklausai augant, 5-HMF yra pasirengęs atlikti svarbų vaidmenį skatinant mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančių technologijų ekonomiką ir ekologišką chemiją. Nors didelio masto gamybos iššūkiai išlieka, technologinė pažanga kataliziniuose procesuose ir reakcijų optimizavimas siūlo daug žadančių 5-HMF komercializavimo būdų. Tęsiant tyrimus, 5-HMF greičiausiai taps pagrindine chemine medžiaga atsinaujinančių išteklių konversijoje, žaliojoje chemijoje ir vaistų kūrime.

Jei turite klausimų apie kreozotą ar kitus cheminius tirpalus, maloniai prašome apsilankyti mūsų svetainėje Interneto svetainė arba susisiekite su mūsų profesionalia komanda, mielai jus palaikysime.

Nuorodos:

• Rosatella AA, Simeonov SP, Frade RFM ir kt. 5-hidroksimetilfurfurolis (HMF) kaip statybinė platforma: biologinės savybės, sintezė ir sintetinis pritaikymas[J]. Green Chemistry, 2011, 13(4): 754-793.https://doi.org/10.1039/C0GC00401D

• Ummartyotin S, Pechyen C. Biologinių medžiagų, kaip veiksmingų atsinaujinančių energijos išteklių, kūrimo ir įgyvendinimo strategijos: išsami adsorbentų technologijos apžvalga[J]. Atsinaujinančios ir tvarios energijos apžvalgos, 2016, 62: 654-664.http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.04.066

• Samir A, Ashour FH, Hakim AAA ir kt. Naujausi biologiškai skaidžių polimerų pažanga, skirta tausiai pritaikyti [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 sudėtingos hidroksimetilfurfurolo gamybos plėtros padėtis [J]. ChemSusChem, 2020, 13(14): 3544-3564.doi.org/10.1002/cssc.202000581

• FW, Verrier C, Queneau Y ir kt. 5-hidroksimetilfurfurolis (HMF) organinėje sintezėje: jo naujausių pritaikymų smulkių cheminių medžiagų apžvalga [J]. Dabartinė organinė sintezė, 2019, 16(4): 583-614.https://doi.org/10.2174/1570179416666190412164738