Uvod

5-Hidroksimetilfurfural (5-HMF) je objanjeni organski spoj izveden iz obnovljivih izvora, koji privlači značajan interes u zelenoj kemiji i održivom razvoju. Kao važan kemijski međuproizvod, 5-HMF nudi ogromni potencijal u proizvodnji energije, razvoju lijekova i sintezi visoko performantnih materijala. Ovaj članak istražuje osnovne svojstva, metode sinteze i industrijske primjene 5-HMF-a, pružajući uvid u njegove buduće mogućnosti u različitim industrijskim granama.

Osnovna svojstva i sinteza 5-hidroksimetilfurfurala

5-HMF ima kemijsku formulu C6H6O3 i pripada klasi aromatičnih aldehida. Posjeduje visoku kemijsku reaktivnost zbog svoje aldehidne skupine i aromatične prstene strukture. Njegova točka taljenja je 132°C, s točkom ključenja od 276°C, a rastvorivo je u mnogim rastvaralicima, što ga čini fleksibilnim kemijskim međuproizvodom.

Glavni sintetički postupci za 5-HMF uključuju dehidracijske reakcije šećera poput glukoze i fruktoze ili katalitičku pretvoru iz lignoceluloze. Prema Rosatelli et al. (2011.), optimizacija katalizatora i uvjeta reakcije ključna je za poboljšanje dobivke i učinkovitosti proizvodnje 5-HMF-a. Iako je laboratorijska sinteza napravila značajne korake, ostaju izazovi u skaliranju proizvodnje zbog problema poput stabilnosti katalizatora i troškova proizvodnje.

Primjene 5-Hidroksimetilfurfurala u energetskom sektoru

U energetskom sektoru, 5-HMF smatra se vrijednim obnovljivim izvorno. Može se pretvoriti u razne oblike energije poput biodizela i alkohola. Prema Ummartyotinu i Pechyen (2016.), 5-HMF se može pretvoriti u 2,5-furandikarboksilnu kiselinu (FDCA), ključni gradivni blok za bioplastike, koji ima rastući tržišni zahtjev.

Pritom se 5-HMF može podvrgnuti hidrogenaciji kako bi se proizvelo etanol ili druge bio goriva, pružajući trajno alternativno rješenje u odnosu na tradična fosilna goriva. Kombinacija 5-HMF-a i tehnologija pretvorbe biomase predstavlja priliku za napredak u ekonomiji s niskim udjelom ugljičnog dioksida i razvoju obnovljivih izvora energije.

5-Hidroksimetilfurfural u farmaceutskom razvoju

5-HMF također pokazuje značajan potencijal u farmaceutskim primjenama. Njegovi derivati izražuju značajnu biološku aktivnost, uključujući protuzapalne i proturakađe properties. Fan i suradnici (2019) prijavili su da derivati 5-HMF-a demonstriraju odličnu citotoksičnost i proturakađe efekte, posebno u liječenju raka i neurodegenerativnih bolesti, što ukazuje na veliki potencijal kao terapeutska sredstva.

derivati 5-HMF imaju jaku bliskost za interakciju s biološkim makromolekulama poput proteina i DNA, što ih čini idealnim kandidatima za terapije usmjerene na lijekove. S daljnjim istraživanjem, 5-HMF bi mogao postati ključni sastojak u razvoju novih farmaceutskih tretmana.

Primjene 5-Hidroksimetilfurfurala u visoko performantnim materijalima

U području visoko performantnih materijala, 5-HMF nosi značajan obitelj. S rastućim okolišnim propisima, potražnja za biomaterijalima raste. 5-HMF se može koristiti za sintezu biodegrabilnih plastika kao što su polilaktična kiselina (PLA) i polivinilalkohol (PVA), koji se široko koriste u ambalaži, poljoprivredi i medicinskim primjenama.

Prema Samiru i suradnicima (2022), 5-HMF se koristi ne samo u proizvodnji biodegradabilnih plastika, već ima ključnu ulogu u visoko performantnim oblogama, lemacima i složenim materijalima. Ovi materijali pomažu smanjiti ovisnost o naftnom baziranim proizvodima, što promiče razvoj cirkularne ekonomije i održivih proizvodnih praksa.

Tržišne perspektive i izazovi

Tržišne perspektive za 5-HMF su obećavajuće, posebno u energetskom, farmaceutskom i materijalnom sektoru. Kao što je napomenuto od strane Rosenfelda i suradnika (2020), uz nastavak napretka u tehnologiji proizvodnje, očekuje se da će 5-HMF postati centralni sastojak u bio-baziranom kemikalijaskom sektoru. Međutim, ostaju još neki izazovi u njegovoj komercijalizaciji, glavno u kontroli troškova proizvodnje i osiguravanju stabilnosti katalizatora.

Da bi se potakla široka prihvaćanja 5-HMF-a, buduća istraživanja trebaju fokusirati na smanjenje troškova proizvodnje, poboljšanje učinkovitosti katalizatora i poboljšanje stabilnosti reakcije. Pored toga, osiguranje ekonomsko i okolišno trajnog procesa proizvodnje bit će ključno za njegov dugoročni uspjeh u industrijskim primjenama.

Zaključak

5- Hidroksimetilfurfural (5-HMF) je fleksibilan i zeleni kemski međuproizvod s širokim primjenama u raznim industrijskim područjima, uključujući energiju, farmaceutike i visoke performanse materijale. S rastućom globalnom potrebom za održivim rješenjima, 5-HMF je spremna odigrati ključnu ulogu u poticanju niskougljične gospodarstva i zelene kemije. Iako ostaju izazovi u velikom obimu proizvodnji, tehnološki napretci u katalitičkim procesima i optimizaciji reakcija nude promišljive staze za komercijalizaciju 5-HMF-a. S nastavkom istraživanja, 5-HMF vjerojatno će postati ključni kemikalij u pretvorbi obnovljivih resursa, zelena kemija i razvoj lijekova.

Ako imate bilo kakva pitanja o kreasotu ili drugim kemikalijama, slobodno posjetite našu  web stranici  ili kontaktirajte naš profesionalni tim, voljno ćemo vas podržati.

Reference:

• Rosatella A A, Simeonov S P, Frade R F M i sur. 5-Hidroksimetilfurfural (HMF) kao platforma građevnih blokova: biološke svojstva, sinteza i sintetička primjena[J]. Green chemistry, 2011, 13(4): 754-793. https://doi.org/10.1039/C0GC00401D

• Ummartyotin S, Pechyen C. Strategije za razvoj i implementaciju bilječastih materijala kao učinkovitih obnovljivih izvora energije: Kompletni pregled tehnologije adsorpcije[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 i sur. Nedavni napredci u biodegradabilnim polimerima za trajne primjene[J]. Npj Materials Degradation, 2022, 6(1): 68. https://doi.org/10.1038/s41529-022-00277-7

• Rosenfeld C, Konnerth J, Sailer‐Kronlachner W i sur. Trenutna situacija izazovnog razvoja skaliranja u proizvodnji hidroksimetilfurfurala[J]. ChemSusChem, 2020, 13(14): 3544-3564. doi.org\/10.1002\/cssc.202000581

• F an W, Verrier C, Queneau Y i sur. 5-Hidroksimetilfurfural (HMF) u organskoj sintezi: pregled njegovih nedavnih primjena u proizvodnji preciznih kemičkih spojeva[J]. Current organic synthesis, 2019, 16(4): 583-614. https://doi.org/10.2174/1570179416666190412164738