Ievads

5-Hidroksimetilfurfuralis (5-HMF) ir augstām cerībām pilnais organiskais savienojums, kas iegūts no atjaunojamo resursu, saņemot lielu uzmanību zaļajā himikāiju un ilgtspējīgā attīstībā. Kā svarīgs himikālais starpnieks 5-HMF piedāvā lielu potenciālu enerģijas ražošanā, zāļu izstrādē un augstas veiktspējas materiālu sintēzē. Šis raksts pēta pamatīgas īpašības, sintēzes metodes un rūpnieciskos pielietojumus 5-HMF, kā arī nodrošina uzskatus par tā nākotnes iespējām dažādos nozarēs.

Pamatīgas īpašības un 5-hidroksimetilfurfurāla sintēze

5-HMF ir himikāliska formula C6H6O3 un tas pieder klasei aromatiskajiem aldehīdiem. Tas ir augsts himikāliskais reaktīvums dēļ sava aldehīda grupas un aromatiskās cikla struktūras. Tā plkst punkts ir 132°C, ar kāpu punktu 276°C, un tas ir šķīstams daudzos šķīdinājos, kas to padara par daudzveidīgu himikālisko starpnieku.

Galvenie 5-HMF sintēzes metodes ietver cukura, piemēram, gleizešu un fruktozu, dehidratācijas reakcijas vai katalītisku pārvēršanu no lignoceluloza biomassas. Saskaņā ar Rosatellu un citiem (2011), katalizatoru un reakcijas apstākļu optimizācija ir galvenais elements, lai uzlabotu 5-HMF ražošanas izdevīgumu un efektivitāti. Izmēra laboratorijā sintēze ir panākusi nozīmīgus sasniegumus, tomēr joprojām pastāv izaicinājumi saistībā ar ražošanas palielināšanu tādēļ kā problēmas ar katalizatora stabilitāti un ražošanas izmaksām.

5-Hidroksimetilfurfurāla lietojums enerģētikas nozarē

Enerģētikas nozarē 5-HMF tiek uzskatīts par vērtīgu atjaunojamu resursu. To var pārvērst dažādos enerģijas veidos, piemēram, biodīzelē un alkoholos. Saskaņā ar Ummartyotinu un Pechyen (2016), 5-HMF var tikt pārvērts par 2,5-furandikarbonskābi (FDCA), kas ir būtisks elementgrāds bioplastikai, kurai pieaug tirgus pieprasījums.

Turklāt, 5-HMF var pārgriezties hidrogenēšanās procesā, lai iegūtu etanolu vai citus biodegļus, piedāvājot ilgtspējīgu alternatīvu tradicionāliem fosilajiem degļiem. 5-HMF un biomases pārvēršanas tehnoloģiju kombinācija ir iespēja attīstīt zemu siltumnīcefekta ekonomiku un atjaunojamās enerģijas nozari.

5-Hidroksimetilfurfurāls farmaceitiskā attīstībā

5-HMF arī parāda lielu potenciālu farmaceitiskajos pielietojumos. Tā derivāti parāda nozīmīgu bioaktivitāti, tostarp antiinflamatōru un anticanceru īpašības. Fan un kolēģi (2019) ziņoja, ka 5-HMF derivāti parāda izcilu citotoksisku un anticanceru iedarbību, īpaši raksturos un neurodegeneratīvo slimību ārstēšanā, kas liecina par lielu potenciālu kā terapeutiskie preparāti.

5-HMF derivātiem ir stipra pievilcība reaģēt ar bioloģiskajām makromolekulām, piemēram, ar olīgo un DNS, kas tos padara par ideāliem kandidātiem farmakoterapijas mērķtiecīgai lietošanai. Ar turpmāko pētniecību 5-HMF var kļūt par būtisku komponentu jaunu farmaceitisku līdzekļu izstrādē.

5-Hidroksimetilfurfurāla pielietojumi augstas uzvaras materiālos

Augstas uzvaras materiālu jomā 5-HMF sniedz nozīmīgu iespēju. Ar pieaugošo vides regulējumu pieaug arī atjaunojamu resursu materiālu pieprasījums. No 5-HMF var sintetizēt biodegradējamos plastus, piemēram, polilaktīsku skābi (PLA) un polivinila alkoholu (PVA), kuri plaši tiek izmantoti pakārtošanā, lauksaimniecībā un medicīnā.

Pēc Samira u.c. (2022) datiem, 5-HMF tiek izmantots ne tikai biodegradējamu plastmasu ražošanā, bet arī spēlē būtisku lomu augstas veiktspējas segumu, lipījumu un kompozītmateriālu jomā. Šie materiāli palīdz samazināt atkarību no naftas bāzētiem produktiem, veicinot ciklisko ekonomiku un ilgtspējīgu ražošanas prakses attīstību.

Tirgus izejas un izaicinājumi

5-HMF tirgus izejas ir daudzelpīgas, īpaši enerģijas, zāļu un materiālu nozarēs. Kā norādīja Rosenfeld u.c. (2020), ar turpināmajām ražošanas tehnoloģiju uzlabojumiem 5-HMF tiks uzskatīts par centrālo sastāvdaļu bioizcelsmes ķīmijas nozarē. Tomēr komercizlaišanas procesā vēl joprojām pastāv daži izaicinājumi, galvenokārt saistībā ar ražošanas izmaksu kontroli un katalizatora stabilitātes nodrošināšanu.

Lai veicinātu 5-HMF plašu pieņemšanu, nākamajai pētniecībai vajadzētu koncentrēties uz ražošanas izmaksu samazināšanu, katalizatora efektivitātes uzlabošanu un reakcijas stabilitātes uzlabošanu. Turklāt, nodrošinot ražošanas procesa ekonomisko un vides ilgtspēju, tā garilgūjamos panākumos rūpnieciskajās lietojumos būs galvenais jautājums.

Secinājums

5- Hidroksimetilfurfurāls (5-HMF) ir daudzveidīgs un zaļš himikālis starpnieks ar plašiem piemēriem dažādās nozarēs, tostarp enerģētikā, zālēs un augstas rentablas materiālu ražošanā. Ar globālo pieprasījumu pēc ilgtspējīgu risinājumu pieaugumu, 5-HMF ir gatavs spēlēt būtisku lomu zemu oglekļa ekonomikas un zaļās himikāiju attīstībā. Lai gan lielapjoma ražošanā joprojām pastāv izaicinājumi, katalītisko procesu un reakciju optimizācijas tehnoloģiskie uzlabojumi piedāvā auglīgas ceļas 5-HMF komercIALIZĀCIJAI. Pētniecības turpinoties, 5-HMF droši var sagaidīt kā vienu no galvenajiem himikāliem atjaunojamo resursu pārvērtēšanā, zaļās himikālijās un zāļu attīstībā.

Ja jums ir jautājumi par krezolātu vai citiem ķīmiskajiem risinājumiem, lūdzu, bez iešķēršanās apmeklējiet mūsu  TĀLNETĪBAS vietne  vai sazinieties ar mūsu profesionālo komandu, mēs ar lielu prieku jūs atbalstīsim.

Atsauces:

• Rosatella A A, Simeonov S P, Frade R F M un citi. 5-Hidroksimetilfurfurāls (HMF) kā būvējamo platformu: bioloģiskie īpašības, sintēze un sintēzes piemēri[J]. Zaļā ķīmija, 2011, 13(4): 754-793. https://doi.org/10.1039/C0GC00401D

• Ummartyotin S, Pechyen C. Stratēģijas attīstībai un ieviešanai biobāzētajiem materiāliem kā efektīviem atjaunojamiem enerģijas resursiem: pilnīgs pārskats par adsorpģijas tehnoloģiju[J]. Atjaunojamās un ilgtspējīgas enerģijas pārskati, 2016, 62: 654-664. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.04.066

• Samir A, Ashour F H, Hakim A A A un citi. Jaunākie sasniegumi biodegradējošos polimeros ilgtspējīgiem pielietojumiem[J]. Npj Materiālu Degradācija, 2022, 6(1): 68. https://doi.org/10.1038/s41529-022-00277-7

• Rosenfeld C, Konnerth J, Sailer‐Kronlachner W un citi. Pašreizējā situācija par grūto HMF ražošanas masveida attīstību[J]. ChemSusChem, 2020, 13(14): 3544-3564. doi.org\/10.1002\/cssc.202000581

• F an W, Verrier C, Queneau Y un cit. 5-Hidroksimetilfurfurāls (HMF) organiskajā sintēzē: pārskats par tā nesenajām lietojumtiesībām gaišu ķīmikāliju ražošanai[J]. Current organic synthesis, 2019, 16(4): 583-614. https://doi.org/10.2174/1570179416666190412164738