ફોર્મિક એસિડ: લીલા અને ટકાઉ રાસાયણિક સંશ્લેષણ માટે બહુમુખી નવીનીકરણીય રીએજન્ટ

તાજેતરના વર્ષોમાં, અશ્મિભૂત સંસાધનોની વધતી જતી અછત અને માનવ જીવનના પર્યાવરણના બગાડ સાથે, બાયોમાસ જેવા નવીનીકરણીય સંસાધનોનો કાર્યક્ષમ અને ટકાઉ ઉપયોગ એ વિશ્વભરના વૈજ્ઞાનિકોના સંશોધન અને ધ્યાનનું કેન્દ્ર બની ગયું છે. ફોર્મિક એસિડ, બાયોરિફાઇનિંગમાં મુખ્ય ઉપ-ઉત્પાદનોમાંનું એક, સસ્તી અને મેળવવામાં સરળ, બિન-ઝેરી, ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા, નવીનીકરણીય અને ડિગ્રેડેબલ વગેરેની લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે. તેને નવી ઉર્જાનો ઉપયોગ અને રાસાયણિક પરિવર્તનમાં લાગુ પાડવાથી માત્ર મદદ મળે છે. ફોર્મિક એસિડના એપ્લિકેશન ક્ષેત્રને વધુ વિસ્તૃત કરે છે, પરંતુ ભવિષ્યની બાયોરિફાઇનિંગ ટેક્નોલોજીમાં કેટલીક સામાન્ય અડચણ સમસ્યાઓને ઉકેલવામાં પણ મદદ કરે છે. આ પેપરમાં ફોર્મિક એસિડના ઉપયોગના સંશોધન ઇતિહાસની સંક્ષિપ્તમાં સમીક્ષા કરવામાં આવી હતી, રાસાયણિક સંશ્લેષણ અને બાયોમાસના ઉત્પ્રેરક રૂપાંતરણમાં કાર્યક્ષમ અને બહુહેતુક રીએજન્ટ અને કાચા માલ તરીકે ફોર્મિક એસિડની નવીનતમ સંશોધન પ્રગતિનો સારાંશ આપવામાં આવ્યો હતો, અને મૂળભૂત સિદ્ધાંત અને ઉત્પ્રેરક સિસ્ટમની તુલના અને વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. કાર્યક્ષમ રાસાયણિક રૂપાંતરણ હાંસલ કરવા માટે ફોર્મિક એસિડ સક્રિયકરણનો ઉપયોગ કરવો. તે નિર્દેશ કરવામાં આવે છે કે ભાવિ સંશોધનમાં ફોર્મિક એસિડના ઉપયોગની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા અને ઉચ્ચ પસંદગીના સંશ્લેષણને સાકાર કરવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવું જોઈએ અને તેના આધારે તેના એપ્લિકેશન ક્ષેત્રને વધુ વિસ્તૃત કરવું જોઈએ.

રાસાયણિક સંશ્લેષણમાં, ફોર્મિક એસિડ, પર્યાવરણને અનુકૂળ અને નવીનીકરણીય મલ્ટી-ફંક્શનલ રીએજન્ટ તરીકે, વિવિધ કાર્યાત્મક જૂથોની પસંદગીયુક્ત રૂપાંતર પ્રક્રિયામાં ઉપયોગ કરી શકાય છે. હાઇડ્રોજન ટ્રાન્સફર રીએજન્ટ અથવા ઉચ્ચ હાઇડ્રોજન સામગ્રી સાથે ઘટાડતા એજન્ટ તરીકે, ફોર્મિક એસિડમાં પરંપરાગત હાઇડ્રોજનની તુલનામાં સરળ અને નિયંત્રણક્ષમ કામગીરી, હળવી સ્થિતિ અને સારી રાસાયણિક પસંદગીના ફાયદા છે. તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ એલ્ડીહાઈડ્સ, નાઈટ્રો, ઈમાઈન્સ, નાઈટ્રિલ્સ, આલ્કાઈન્સ, આલ્કેન્સ અને તેથી વધુના પસંદગીયુક્ત ઘટાડાને અનુરૂપ આલ્કોહોલ, એમાઈન્સ, આલ્કેન્સ અને આલ્કેન્સ બનાવવા માટે થાય છે. અને આલ્કોહોલ અને ઇપોક્સાઇડ્સનું હાઇડ્રોલિસિસ અને કાર્યાત્મક જૂથ ડિપ્રોટેક્શન. એ હકીકતને ધ્યાનમાં રાખીને કે ફોર્મિક એસિડનો ઉપયોગ C1 કાચા માલ તરીકે પણ થઈ શકે છે, મુખ્ય બહુહેતુક મૂળભૂત રીએજન્ટ તરીકે, ફોર્મિક એસિડને ક્વિનોલિન ડેરિવેટિવ્ઝના ઘટાડા ફોર્મીલેશન, એમાઈન સંયોજનોના ફોર્મિલેશન અને મેથિલેશન, ઓલેફિનના કાર્બોનિલેશન માટે પણ લાગુ કરી શકાય છે. અને અલ્કાઇન્સ અને અન્ય મલ્ટિ-સ્ટેજ ટેન્ડમ પ્રતિક્રિયાઓના હાઇડ્રેશનમાં ઘટાડો, જે કાર્યક્ષમ અને સરળ લીલોતરી પ્રાપ્ત કરવાનો એક મહત્વપૂર્ણ માર્ગ છે. સુંદર અને જટિલ કાર્બનિક અણુઓનું સંશ્લેષણ. આવી પ્રક્રિયાઓનો પડકાર ફોર્મિક એસિડ અને ચોક્કસ કાર્યાત્મક જૂથોના નિયંત્રિત સક્રિયકરણ માટે ઉચ્ચ પસંદગી અને પ્રવૃત્તિ સાથે બહુવિધ કાર્યકારી ઉત્પ્રેરક શોધવાનો છે. વધુમાં, તાજેતરના અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે C1 કાચા માલ તરીકે ફોર્મિક એસિડનો ઉપયોગ ઉત્પ્રેરક અપ્રમાણ પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઉચ્ચ પસંદગી સાથે મિથેનોલ જેવા જથ્થાબંધ રસાયણોનું સીધું સંશ્લેષણ કરી શકે છે.

બાયોમાસના ઉત્પ્રેરક રૂપાંતરણમાં, ફોર્મિક એસિડના બહુવિધ કાર્યકારી ગુણધર્મો લીલી, સલામત અને ખર્ચ-અસરકારક બાયોરિફાઇનિંગ પ્રક્રિયાઓની અનુભૂતિ માટે સંભવિત પ્રદાન કરે છે. બાયોમાસ સંસાધનો એ સૌથી મોટા અને સૌથી આશાસ્પદ ટકાઉ વૈકલ્પિક સંસાધનો છે, પરંતુ તેમને ઉપયોગી સંસાધન સ્વરૂપોમાં રૂપાંતરિત કરવું એ એક પડકાર છે. ફોર્મિક એસિડના એસિડ ગુણધર્મો અને સારા દ્રાવક ગુણધર્મો લિગ્નોસેલ્યુલોઝ ઘટકોના વિભાજન અને સેલ્યુલોઝ નિષ્કર્ષણને સમજવા માટે બાયોમાસ કાચા માલની પ્રીટ્રીટમેન્ટ પ્રક્રિયામાં લાગુ કરી શકાય છે. પરંપરાગત અકાર્બનિક એસિડ પ્રીટ્રીટમેન્ટ સિસ્ટમની તુલનામાં, તે નીચા ઉત્કલન બિંદુ, સરળ અલગતા, અકાર્બનિક આયનોનો કોઈ પરિચય અને ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રતિક્રિયાઓ માટે મજબૂત સુસંગતતાના ફાયદા ધરાવે છે. એક કાર્યક્ષમ હાઇડ્રોજન સ્ત્રોત તરીકે, બાયોમાસ પ્લેટફોર્મ સંયોજનોના ઉત્પ્રેરક રૂપાંતરને ઉચ્ચ મૂલ્ય-વર્ધિત રસાયણો, સુગંધિત સંયોજનોમાં લિગ્નિન અધોગતિ અને બાયો-ઓઇલ હાઇડ્રોડોક્સિડેશન રિફાઇનિંગ પ્રક્રિયાઓની પસંદગીમાં પણ ફોર્મિક એસિડનો વ્યાપકપણે અભ્યાસ અને ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. H2 પર આધારિત પરંપરાગત હાઇડ્રોજનેશન પ્રક્રિયાની તુલનામાં, ફોર્મિક એસિડમાં ઉચ્ચ રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતા અને હળવી પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિ છે. તે સરળ અને સલામત છે, અને સંબંધિત બાયો-રિફાઇનિંગ પ્રક્રિયામાં અશ્મિભૂત સંસાધનોની સામગ્રી અને ઊર્જા વપરાશને અસરકારક રીતે ઘટાડી શકે છે. તાજેતરના અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે હળવા પરિસ્થિતિઓમાં ફોર્મિક એસિડ જલીય દ્રાવણમાં ઓક્સિડાઇઝ્ડ લિગ્નિનને ડિપોલિમરાઇઝ કરીને, 60% કરતા વધુ વજનના ગુણોત્તર સાથે ઓછા પરમાણુ વજનવાળા સુગંધિત દ્રાવણ મેળવી શકાય છે. આ નવીન શોધ લિગ્નિનમાંથી ઉચ્ચ મૂલ્યના સુગંધિત રસાયણોના સીધા નિષ્કર્ષણ માટે નવી તકો લાવે છે.

સારાંશમાં, બાયો-આધારિત ફોર્મિક એસિડ લીલા કાર્બનિક સંશ્લેષણ અને બાયોમાસ રૂપાંતરણમાં મોટી સંભાવના દર્શાવે છે, અને તેની વૈવિધ્યતા અને બહુહેતુક કાચા માલના કાર્યક્ષમ ઉપયોગ અને લક્ષ્ય ઉત્પાદનોની ઉચ્ચ પસંદગી પ્રાપ્ત કરવા માટે આવશ્યક છે. હાલમાં, આ ક્ષેત્રે કેટલીક સિદ્ધિઓ હાંસલ કરી છે અને તેનો ઝડપથી વિકાસ થયો છે, પરંતુ હજુ પણ વાસ્તવિક ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનથી નોંધપાત્ર અંતર છે, અને વધુ સંશોધનની જરૂર છે. ભાવિ સંશોધનમાં નીચેના પાસાઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવું જોઈએ: (1) ચોક્કસ પ્રતિક્રિયાઓ માટે યોગ્ય ઉત્પ્રેરક સક્રિય ધાતુઓ અને પ્રતિક્રિયા પ્રણાલી કેવી રીતે પસંદ કરવી; (2) અન્ય કાચા માલ અને રીએજન્ટની હાજરીમાં ફોર્મિક એસિડને અસરકારક અને નિયંત્રણક્ષમ રીતે કેવી રીતે સક્રિય કરવું; (3) પરમાણુ સ્તરથી જટિલ પ્રતિક્રિયાઓની પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિને કેવી રીતે સમજવી; (4) સંબંધિત પ્રક્રિયામાં અનુરૂપ ઉત્પ્રેરકને કેવી રીતે સ્થિર કરવું. ભવિષ્યની રાહ જોતા, પર્યાવરણ, અર્થતંત્ર અને ટકાઉ વિકાસ માટે આધુનિક સમાજની જરૂરિયાતોને આધારે, ફોર્મિક એસિડ રસાયણશાસ્ત્રને ઉદ્યોગ અને શિક્ષણવિદ્દો તરફથી વધુને વધુ ધ્યાન અને સંશોધન પ્રાપ્ત થશે.