Ievads

5-Hidroksimetilfurfurāls (5-HMF) ir daudzsološs organisks savienojums, kas iegūts no atjaunojamiem resursiem, kas iegūst ievērojamu uzmanību zaļajā ķīmijā un ilgtspējīgā attīstībā. Kā svarīgam ķīmiskajam starpproduktam 5-HMF ir milzīgs potenciāls enerģijas ražošanā, farmācijas izstrādē un augstas veiktspējas materiālu sintēzē. Šajā rakstā ir apskatītas 5-HMF pamatīpašības, sintēzes metodes un rūpnieciskais pielietojums, vienlaikus sniedzot ieskatu par tā nākotnes perspektīvām dažādās nozarēs.

5-hidroksimetilfurfurola pamatīpašības un sintēze

5-HMF ķīmiskā formula ir C6H6O3 un pieder aromātisko aldehīdu klasei. Tam piemīt augsta ķīmiskā reaktivitāte, pateicoties tā aldehīdu grupai un aromātiskā gredzena struktūrai. Tā kušanas temperatūra ir 132°C, viršanas temperatūra ir 276°C, un tas šķīst daudzos šķīdinātājos, kas padara to par daudzpusīgu ķīmisku starpproduktu.

Primārās 5-HMF sintēzes metodes ietver cukuru, piemēram, glikozes un fruktozes, dehidratācijas reakcijas vai katalītisko konversiju no lignocelulozes biomasas. Saskaņā ar Rosatella et al. (2011), katalizatoru un reakcijas apstākļu optimizēšana ir būtiska, lai uzlabotu 5-HMF ražošanas ražu un efektivitāti. Lai gan laboratorijas mēroga sintēze ir guvusi ievērojamus panākumus, joprojām pastāv izaicinājumi ražošanas apjoma palielināšanai tādu problēmu dēļ kā katalizatora stabilitāte un ražošanas izmaksas.

5-hidroksimetilfurfurola pielietojums enerģētikas sektorā

Enerģētikas nozarē 5-HMF tiek uzskatīts par vērtīgu atjaunojamo resursu. To var pārveidot dažādās enerģijas formās, piemēram, biodīzeļdegvielā un spirtos. Saskaņā ar Ummartyotin un Pechyen (2016) 5-HMF var pārveidot par 2,5-furāndikarbonskābi (FDCA), kas ir būtisks bioplastmasas pamatelements, kam ir augošs tirgus pieprasījums.

Turklāt 5-HMF var tikt hidrogenēts, lai iegūtu etanolu vai citas biodegvielas, kas piedāvā ilgtspējīgu alternatīvu tradicionālajam fosilajam kurināmajam. 5-HMF un biomasas pārveidošanas tehnoloģiju kombinācija ir iespēja veicināt zemu oglekļa emisiju ekonomiku un atjaunojamās enerģijas attīstību.

5-hidroksimetilfurfurāls farmācijas izstrādē

5-HMF arī parāda lielu potenciālu farmācijas lietojumos. Tās atvasinājumiem ir ievērojama bioaktivitāte, tostarp pretiekaisuma un pretvēža īpašības. Fan u.c. (2019) ziņoja, ka 5-HMF atvasinājumi demonstrē izcilu citotoksicitāti un pretvēža iedarbību, jo īpaši vēža un neirodeģeneratīvu slimību ārstēšanā, izrādot lielu solījumu kā terapeitiskiem līdzekļiem.

5-HMF atvasinājumiem ir spēcīga afinitāte, lai mijiedarbotos ar bioloģiskām makromolekulām, piemēram, olbaltumvielām un DNS, padarot tos par ideāliem kandidātiem uz zālēm vērstai terapijai. Ar turpmākiem pētījumiem 5-HMF varētu kļūt par galveno sastāvdaļu jaunu farmaceitisko ārstēšanas metožu izstrādē.

5-hidroksimetilfurfurola pielietojums augstas veiktspējas materiālos

Augstas veiktspējas materiālu jomā 5-HMF ir ievērojams solījums. Pieaugot vides aizsardzības noteikumiem, pieaug pieprasījums pēc bioloģiskiem materiāliem. 5-HMF var izmantot, lai sintezētu bioloģiski noārdāmas plastmasas, piemēram, polipienskābi (PLA) un polivinilspirtu (PVA), ko plaši izmanto iepakojumā, lauksaimniecībā un medicīnā.

Saskaņā ar Samir et al. (2022), 5-HMF izmanto ne tikai bioloģiski noārdāmu plastmasu ražošanā, bet arī spēlē galveno lomu augstas veiktspējas pārklājumos, līmēs un kompozītmateriālos. Šie materiāli palīdz samazināt atkarību no naftas produktiem, veicinot aprites ekonomikas attīstību un ilgtspējīgu ražošanas praksi.

Tirgus perspektīvas un izaicinājumi

5-HMF tirgus izredzes ir daudzsološas, jo īpaši enerģētikas, farmācijas un materiālu nozarēs. Kā atzīmēja Rozenfelds et al. (2020), nepārtraukti pilnveidojoties ražošanas tehnoloģijā, paredzams, ka 5-HMF kļūs par galveno sastāvdaļu bioķīmisko vielu rūpniecībā. Tomēr tā komercializācijā joprojām ir vairāki izaicinājumi, galvenokārt ražošanas izmaksu kontrole un katalizatora stabilitātes nodrošināšana.

Lai veicinātu 5-HMF plašu ieviešanu, turpmākajos pētījumos galvenā uzmanība jāpievērš ražošanas izmaksu samazināšanai, katalizatora efektivitātes uzlabošanai un reakcijas stabilitātes uzlabošanai. Turklāt ražošanas procesa ekonomiskās un vides ilgtspējības nodrošināšana būs ļoti svarīga tā ilgtermiņa panākumiem rūpnieciskos lietojumos.

Secinājumi

5-Hidroksimetilfurfurāls (5-HMF) ir daudzpusīgs un videi draudzīgs ķīmiskais starpprodukts ar plašu pielietojumu dažādās nozarēs, tostarp enerģētikā, farmācijā un augstas veiktspējas materiālos. Pieaugot globālajam pieprasījumam pēc ilgtspējīgiem risinājumiem, 5-HMF ir gatavs spēlēt izšķirošu lomu zemas oglekļa emisijas ekonomikas un zaļās ķīmijas veicināšanā. Lai gan liela mēroga ražošanā joprojām pastāv izaicinājumi, tehnoloģiskie sasniegumi katalītiskos procesos un reakcijas optimizācijā piedāvā daudzsološus ceļus 5-HMF komercializēšanai. Pētījumiem turpinoties, 5-HMF, visticamāk, kļūs par galveno ķīmisko vielu atjaunojamo resursu pārveidē, zaļajā ķīmijā un zāļu izstrādē.

Ja jums ir kādi jautājumi par kreozotu vai citiem ķīmiskiem šķīdumiem, lūdzu, apmeklējiet mūsu vietni mājas lapa vai sazinieties ar mūsu profesionālo komandu, mēs ar prieku jūs atbalstīsim.

Norādes:

• Rosatella AA, Simeonov SP, Frade RFM u.c. 5-hidroksimetilfurfurāls (HMF) kā pamatelementu platforma: bioloģiskās īpašības, sintēze un sintētiskie pielietojumi[J]. Green Chemistry, 2011, 13(4): 754-793.https://doi.org/10.1039/C0GC00401D

• Ummartyotin S, Pechyen C. Stratēģijas biomateriālu kā efektīvu atjaunojamo enerģijas avotu izstrādei un ieviešanai: visaptverošs adsorbentu tehnoloģijas pārskats [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 62: 654-664.http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.04.066

• Samir A, Ashour FH, Hakim AAA u.c. Jaunākie sasniegumi bioloģiski noārdāmo polimēru jomā ilgtspējīgiem lietojumiem[J]. Npj Materials Degradation, 2022, 6(1): 68.https://doi.org/10.1038/s41529-022-00277-7

• Rosenfeld C, Konnerth J, Sailer-Kronlachner W u.c. Pašreizējā situācija saistībā ar hidroksimetilfurfurola ražošanas izaicinošo apmēru palielināšanu [J]. ChemSusChem, 2020, 13(14): 3544-3564.doi.org/10.1002/cssc.202000581

• Fan W, Verrier C, Queneau Y u.c. 5-hidroksimetilfurfurāls (HMF) organiskajā sintēzē: pārskats par tā nesenajiem lietojumiem attiecībā uz smalkām ķīmiskām vielām [J]. Pašreizējā organiskā sintēze, 2019, 16(4): 583-614.https://doi.org/10.2174/1570179416666190412164738