Введение

5-Гидроксиметилфуран (5-HMF) — перспективное органическое соединение, полученное из возобновляемых ресурсов, которое привлекает значительное внимание в области зеленой химии и устойчивого развития. Как важный химический промежуточный продукт, 5-HMF обладает огромным потенциалом в производстве энергии, разработке фармацевтических препаратов и синтезе высокопроизводительных материалов. В данной статье рассматриваются основные свойства, методы синтеза и промышленные применения 5-HMF, а также даются прогнозы его будущего использования в различных отраслях.

Основные свойства и синтез 5-гидроксиметилфурана

5-HMF имеет химическую формулу C6H6O3 и относится к классу ароматических альдегидов. Он обладает высокой химической активностью благодаря наличию альдегидной группы и ароматического кольца. Температура плавления составляет 132°C, температура кипения — 276°C, и он хорошо растворим во многих растворителях, что делает его универсальным химическим промежуточным продуктом.

Основные методы синтеза 5-ГМФ включают обезвоживающие реакции сахаров, таких как глюкоза и фруктоза, или каталитическое преобразование из лигноклеточного биомассы. Согласно Розателла и др. (2011), оптимизация катализаторов и условий реакции является ключевой для повышения выхода и эффективности производства 5-ГМФ. Несмотря на значительные успехи в лабораторном синтезе, остаются проблемы по масштабированию производства из-за вопросов, таких как стабильность катализатора и стоимость производства.

Применение 5-гидроксиметилфурфурала в энергетическом секторе

В энергетическом секторе 5-ГМФ считается ценным возобновляемым ресурсом. Его можно преобразовать в различные формы энергии, такие как биодизель и спирты. Согласно Уммартиотину и Печену (2016), 5-ГМФ может быть преобразован в 2,5-фурандикарбоновую кислоту (FDCA), важный строительный блок для биопластиков, который имеет растущий рыночный спрос.

Кроме того, 5-ГМФ может претерпеть гидрогенизацию для производства этанола или других биотоплив, предлагая устойчивую альтернативу традиционным ископаемым видам топлива. Комбинация 5-ГМФ и технологий преобразования биомассы представляет собой возможность для продвижения низкоуглеродной экономики и развития возобновляемой энергии.

5-Гидроксиметилфурфураль в фармацевтическом развитии

5-ГМФ также демонстрирует большой потенциал в фармацевтических приложениях. Его производные проявляют значительную биологическую активность, включая противовоспалительные и противоопухолевые свойства. Фан и др. (2019) сообщили, что производные 5-ГМФ показывают отличную цитотоксичность и противоопухолевые эффекты, особенно в лечении рака и нейродегенеративных заболеваний, обладая большим потенциалом как терапевтические средства.

Производные 5-ГМФ обладают сильной способностью взаимодействовать с биологическими макромолекулами, такими как белки и ДНК, что делает их идеальными кандидатами для целевых фармакотерапевтических методов. При дальнейших исследованиях 5-ГМФ может стать ключевым компонентом в разработке новых лекарственных препаратов.

Применение 5-гидроксиметилфурfuрала в высокопроизводительных материалах

В области высокопроизводительных материалов 5-ГМФ имеет большое значение. С учетом усиления экологических норм спрос на биооснованные материалы возрастает. 5-ГМФ может использоваться для синтеза биоразлагаемых пластиков, таких как полимолочная кислота (PLA) и поливиниловый спирт (PVA), которые широко применяются в упаковочной, сельскохозяйственной и медицинской промышленности.

Согласно Самиру и др. (2022), 5-ГМФ используется не только в производстве биоразлагаемых пластиков, но также играет ключевую роль в высокопроизводительных покрытиях, клеях и композитных материалах. Эти материалы помогают снизить зависимость от нефтяных продуктов, способствуя развитию циркулярной экономики и устойчивых методов производства.

Перспективы рынка и вызовы

Перспективы рынка для 5-ГМФ выглядят обнадеживающими, особенно в энергетической, фармацевтической и материаловедческой отраслях. Как отмечают Розенфельд и др. (2020), благодаря продолжающимся технологическим достижениям в производстве, 5-ГМФ ожидается стать центральным компонентом в биохимической промышленности. Однако остаются некоторые проблемы его коммерциализации, главным образом связанные с контролем издержек производства и обеспечением стабильности катализатора.

Для стимулирования широкого внедрения 5-ГМФ будущие исследования должны сосредоточиться на снижении производственных затрат, повышении эффективности катализаторов и улучшении стабильности реакции. Кроме того, обеспечение экономической и экологической устойчивости процесса производства будет ключевым фактором для его долгосрочного успеха в промышленных приложениях.

Заключение

5 - 5 Гидроксиметилфурфурал (5-ГМФ) является универсальным и экологичным химическим промежуточным продуктом с широким спектром применения в различных отраслях, включая энергетику, фармацевтику и высокопроизводительные материалы. По мере роста глобального спроса на устойчивые решения, 5-ГМФ готов сыграть решающую роль в развитии низкоуглеродных экономик и зеленой химии. Несмотря на сохраняющиеся проблемы масштабного производства, технологические достижения в области каталитических процессов и оптимизации реакций предлагают перспективные пути коммерциализации 5-ГМФ. По мере продолжения исследований, 5-ГМФ вероятно станет ключевым химическим веществом в преобразовании возобновляемых ресурсов, зеленой химии и разработке лекарств.

Если у вас есть вопросы о креозоте или других химических растворах, пожалуйста, посетите наш  Вебсайт  или свяжитесь с нашей профессиональной командой, мы будем рады поддержать вас.

Ссылки:

• Rosatella A A, Simeonov S P, Frade R F M и др. 5-Гидроксиметилфурфурал (HMF) как платформа для строительных блоков: биологические свойства, синтез и синтетические приложения[J]. Green chemistry, 2011, 13(4): 754-793. https://doi.org/10.1039/C0GC00401D

• Ummartyotin S, Pechyen C. Стратегии разработки и внедрения биобазированных материалов как эффективных возобновляемых источников энергии: обширный обзор технологии адсорбентов[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 и др. Современные достижения в области биоразлагаемых полимеров для устойчивых приложений[J]. Npj Materials Degradation, 2022, 6(1): 68. https://doi.org/10.1038/s41529-022-00277-7

• Rosenfeld C, Konnerth J, Sailer‐Kronlachner W и др. Текущая ситуация с вызовами масштабирования производства гидроксиметилфурфурала[J]. ChemSusChem, 2020, 13(14): 3544-3564. doi.org\/10.1002\/cssc.202000581

• F Ван В, Веррие С, Кенё У и др. 5-Гидроксиметилфурфурал (HMF) в органическом синтезе: обзор его недавних применений для получения тонких химических веществ [J]. Current organic synthesis, 2019, 16(4): 583-614. https://doi.org/10.2174/1570179416666190412164738