최근 들어 화석자원의 부족이 증가하고 인간생활환경이 악화됨에 따라 바이오매스와 같은 재생자원의 효율적이고 지속가능한 이용은 전 세계 과학자들의 연구와 관심의 초점이 되고 있다. 바이오정제의 주요 부산물 중 하나인 개미산은 저렴하고 입수가 용이하며, 무독성, 높은 에너지 밀도, 재생 및 분해가 가능한 등의 특성을 가지고 있습니다. 이를 신에너지 활용 및 화학적 변환에 적용하면 포름산의 응용 분야를 더욱 확장할 뿐만 아니라 미래 바이오정제 기술에서 흔히 발생하는 병목 현상 문제를 해결하는 데도 도움이 됩니다. 본 논문에서는 개미산 활용에 대한 연구 이력을 간략하게 검토하고, 바이오매스의 화학 합성 및 촉매 전환에서 효율적이고 다목적인 시약이자 원료인 개미산의 최신 연구 진행 상황을 요약하고, 기본 원리와 촉매 시스템을 비교 분석했습니다. 효율적인 화학적 전환을 달성하기 위해 포름산 활성화를 사용하는 것입니다. 향후 연구는 개미산의 이용효율 향상과 고선택성 합성 구현에 중점을 두고, 이를 기반으로 응용분야를 더욱 확대해야 한다는 지적이다.
화학 합성에서 포름산은 환경 친화적이고 재생 가능한 다기능 시약으로서 다양한 작용기의 선택적 전환 과정에 사용될 수 있습니다. 수소 함량이 높은 수소 전달 시약 또는 환원제로서 포름산은 기존 수소에 비해 간단하고 제어 가능한 작동, 온화한 조건 및 우수한 화학적 선택성의 장점을 가지고 있습니다. 이는 알데히드, 니트로, 이민, 니트릴, 알킨, 알켄 등의 선택적 환원에 널리 사용되어 해당 알코올, 아민, 알켄 및 알칸을 생성합니다. 그리고 알코올과 에폭사이드의 가수분해와 작용기 탈보호. 포름산은 핵심 다목적 염기시약인 C1 원료로도 사용할 수 있다는 점에서 퀴놀린 유도체의 환원 포르밀화, 아민 화합물의 포르밀화 및 메틸화, 올레핀의 카르보닐화에도 응용할 수 있습니다. 알킨의 환원 수화 및 기타 다단계 직렬 반응은 미세하고 복잡한 유기 분자의 효율적이고 간단한 친환경 합성을 달성하는 중요한 방법입니다. 이러한 공정의 과제는 포름산과 특정 작용기의 활성화를 제어하기 위해 높은 선택성과 활성을 갖는 다기능성 촉매를 찾는 것입니다. 또한, 최근 연구에 따르면 포름산을 C1 원료로 사용하면 촉매 불균등화 반응을 통해 높은 선택성으로 메탄올과 같은 벌크 화학물질을 직접 합성할 수도 있는 것으로 나타났습니다.
바이오매스의 촉매 전환에서 포름산의 다기능 특성은 친환경적이고 안전하며 비용 효과적인 바이오정제 공정을 실현할 수 있는 잠재력을 제공합니다. 바이오매스 자원은 가장 크고 가장 유망한 지속 가능한 대체 자원이지만, 이를 사용 가능한 자원 형태로 전환하는 것은 여전히 어려운 과제입니다. 개미산의 산 특성과 우수한 용매 특성은 바이오매스 원료의 전처리 공정에 적용되어 리그노셀룰로오스 성분 분리 및 셀룰로오스 추출을 실현할 수 있습니다. 기존 무기산 전처리 시스템과 비교하여 끓는점이 낮고, 분리가 용이하며, 무기 이온이 도입되지 않으며, 다운스트림 반응에 대한 호환성이 강한 장점이 있습니다. 효율적인 수소 공급원인 포름산은 바이오매스 플랫폼 화합물의 고부가가치 화학물질로의 촉매 전환, 리그닌을 방향족 화합물로 분해, 바이오 오일 수첨탈산 정제 공정 선택에 널리 연구 및 적용되어 왔습니다. H2에 의존하는 전통적인 수소화 공정과 비교하여 포름산은 높은 전환 효율과 온화한 반응 조건을 갖습니다. 간단하고 안전하며 관련 바이오정제 공정에서 화석자원의 재료 및 에너지 소비를 효과적으로 줄일 수 있습니다. 최근 연구에 따르면 온화한 조건에서 포름산 수용액에서 산화 리그닌을 해중합하면 중량비가 60% 이상인 저분자량 방향족 용액을 얻을 수 있는 것으로 나타났습니다. 이 혁신적인 발견은 리그닌에서 고부가가치 방향족 화학물질을 직접 추출할 수 있는 새로운 기회를 제공합니다.
요약하면, 바이오 기반 개미산은 녹색 유기 합성 및 바이오매스 전환에 큰 잠재력을 보이며, 원료의 효율적인 활용과 대상 제품의 높은 선택성을 달성하기 위해서는 그 다양성과 다목적성이 필수적입니다. 현재 이 분야는 어느 정도 성과를 거두고 급속도로 발전하고 있지만, 실제 산업적 적용과는 아직 상당한 거리가 있어 더 많은 탐구가 필요하다. 향후 연구는 다음 측면에 초점을 맞춰야 합니다: (1) 특정 반응에 적합한 촉매 활성 금속 및 반응 시스템을 선택하는 방법; (2) 다른 원료 및 시약이 있는 경우 포름산을 효율적이고 제어 가능하게 활성화하는 방법; (3) 복잡한 반응의 반응 메커니즘을 분자 수준에서 이해하는 방법; (4) 해당 공정에서 해당 촉매를 안정화하는 방법. 앞으로도 환경, 경제, 지속가능한 발전을 위한 현대사회의 요구를 바탕으로 포름산화학은 산업계와 학계로부터 더욱 많은 관심과 연구를 받게 될 것입니다.
게시 시간: 2024년 12월 19일