फॉर्मिक एसिड: हरित और टिकाऊ रासायनिक संश्लेषण के लिए एक बहुमुखी नवीकरणीय अभिकर्मक

हाल के वर्षों में, जीवाश्म संसाधनों की बढ़ती कमी और मानव जीवन पर्यावरण में गिरावट के साथ, बायोमास जैसे नवीकरणीय संसाधनों का कुशल और टिकाऊ उपयोग दुनिया भर के वैज्ञानिकों के अनुसंधान और ध्यान का केंद्र बन गया है। फॉर्मिक एसिड, बायोरिफाइनिंग में मुख्य उप-उत्पादों में से एक है, इसमें सस्ते और प्राप्त करने में आसान, गैर-विषाक्त, उच्च ऊर्जा घनत्व, नवीकरणीय और गिरावट योग्य आदि विशेषताएं हैं। इसे नई ऊर्जा उपयोग और रासायनिक परिवर्तन में लागू करने से न केवल मदद मिलती है यह फॉर्मिक एसिड के अनुप्रयोग क्षेत्र का और विस्तार करता है, बल्कि भविष्य की बायोरिफाइनिंग तकनीक में कुछ सामान्य बाधाओं की समस्याओं को हल करने में भी मदद करता है। इस पेपर में फॉर्मिक एसिड के उपयोग के अनुसंधान इतिहास की संक्षेप में समीक्षा की गई, रासायनिक संश्लेषण और बायोमास के उत्प्रेरक रूपांतरण में एक कुशल और बहुउद्देश्यीय अभिकर्मक और कच्चे माल के रूप में फॉर्मिक एसिड की नवीनतम शोध प्रगति का सारांश दिया गया, और मूल सिद्धांत और उत्प्रेरक प्रणाली की तुलना और विश्लेषण किया गया। कुशल रासायनिक रूपांतरण प्राप्त करने के लिए फॉर्मिक एसिड सक्रियण का उपयोग करना। यह बताया गया है कि भविष्य के अनुसंधान को फॉर्मिक एसिड की उपयोग दक्षता में सुधार और उच्च चयनात्मकता संश्लेषण को साकार करने पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए, और इस आधार पर इसके अनुप्रयोग क्षेत्र का और विस्तार करना चाहिए।

रासायनिक संश्लेषण में, फॉर्मिक एसिड, पर्यावरण के अनुकूल और नवीकरणीय बहु-कार्यात्मक अभिकर्मक के रूप में, विभिन्न कार्यात्मक समूहों की चयनात्मक रूपांतरण प्रक्रिया में उपयोग किया जा सकता है। हाइड्रोजन स्थानांतरण अभिकर्मक या उच्च हाइड्रोजन सामग्री वाले कम करने वाले एजेंट के रूप में, फॉर्मिक एसिड में पारंपरिक हाइड्रोजन की तुलना में सरल और नियंत्रणीय संचालन, हल्की स्थिति और अच्छी रासायनिक चयनात्मकता के फायदे हैं। इसका व्यापक रूप से एल्डीहाइड, नाइट्रो, इमाइन्स, नाइट्राइल्स, एल्काइन्स, एल्केन्स आदि के चयनात्मक कमी में उपयोग किया जाता है ताकि संबंधित अल्कोहल, एमाइन, एल्केन्स और अल्केन्स का उत्पादन किया जा सके। और अल्कोहल और एपॉक्साइड का हाइड्रोलिसिस और कार्यात्मक समूह संरक्षण। इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि फॉर्मिक एसिड का उपयोग C1 कच्चे माल के रूप में भी किया जा सकता है, एक प्रमुख बहुउद्देश्यीय मूल अभिकर्मक के रूप में, फॉर्मिक एसिड को क्विनोलिन डेरिवेटिव के कमी फॉर्मूलेशन, अमीन यौगिकों के फॉर्माइलेशन और मिथाइलेशन, ओलेफिन के कार्बोनिलेशन के लिए भी लागू किया जा सकता है। और एल्केनीज़ और अन्य मल्टीस्टेज अग्रानुक्रम प्रतिक्रियाओं का जलयोजन कम करना, जो बारीक और जटिल कार्बनिक अणुओं के कुशल और सरल हरित संश्लेषण को प्राप्त करने का एक महत्वपूर्ण तरीका है। ऐसी प्रक्रियाओं की चुनौती फॉर्मिक एसिड और विशिष्ट कार्यात्मक समूहों के नियंत्रित सक्रियण के लिए उच्च चयनात्मकता और गतिविधि वाले बहुक्रियाशील उत्प्रेरक ढूंढना है। इसके अलावा, हाल के अध्ययनों से पता चला है कि C1 कच्चे माल के रूप में फॉर्मिक एसिड का उपयोग करने से उत्प्रेरक अनुपातहीन प्रतिक्रिया के माध्यम से उच्च चयनात्मकता के साथ मेथनॉल जैसे थोक रसायनों को सीधे संश्लेषित किया जा सकता है।

बायोमास के उत्प्रेरक रूपांतरण में, फॉर्मिक एसिड के बहुक्रियाशील गुण हरित, सुरक्षित और लागत प्रभावी बायोरिफाइनिंग प्रक्रियाओं को साकार करने की क्षमता प्रदान करते हैं। बायोमास संसाधन सबसे बड़े और सबसे आशाजनक टिकाऊ वैकल्पिक संसाधन हैं, लेकिन उन्हें उपयोगी संसाधन रूपों में बदलना एक चुनौती बनी हुई है। फॉर्मिक एसिड के एसिड गुण और अच्छे विलायक गुणों को बायोमास कच्चे माल की पूर्व-उपचार प्रक्रिया में लागू किया जा सकता है ताकि लिग्नोसेल्यूलोज घटकों और सेलूलोज़ निष्कर्षण को अलग किया जा सके। पारंपरिक अकार्बनिक एसिड प्रीट्रीटमेंट प्रणाली की तुलना में, इसमें कम क्वथनांक, आसान पृथक्करण, अकार्बनिक आयनों का कोई परिचय नहीं और डाउनस्ट्रीम प्रतिक्रियाओं के लिए मजबूत अनुकूलता के फायदे हैं। एक कुशल हाइड्रोजन स्रोत के रूप में, फॉर्मिक एसिड का भी व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है और इसे बायोमास प्लेटफॉर्म यौगिकों के उच्च मूल्य वर्धित रसायनों में उत्प्रेरक रूपांतरण, सुगंधित यौगिकों में लिग्निन क्षरण और जैव-तेल हाइड्रोडीऑक्सीडेशन शोधन प्रक्रियाओं के चयन में लागू किया गया है। H2 पर निर्भर पारंपरिक हाइड्रोजनीकरण प्रक्रिया की तुलना में, फॉर्मिक एसिड में उच्च रूपांतरण दक्षता और हल्की प्रतिक्रिया की स्थिति होती है। यह सरल और सुरक्षित है, और संबंधित जैव-शोधन प्रक्रिया में जीवाश्म संसाधनों की सामग्री और ऊर्जा खपत को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है। हाल के अध्ययनों से पता चला है कि हल्की परिस्थितियों में फॉर्मिक एसिड जलीय घोल में ऑक्सीकृत लिग्निन को डीपोलीमराइज़ करके, 60% से अधिक वजन अनुपात के साथ कम आणविक भार वाला सुगंधित घोल प्राप्त किया जा सकता है। यह अभिनव खोज लिग्निन से उच्च मूल्य वाले सुगंधित रसायनों के सीधे निष्कर्षण के लिए नए अवसर लाती है।

संक्षेप में, जैव-आधारित फॉर्मिक एसिड हरित कार्बनिक संश्लेषण और बायोमास रूपांतरण में काफी संभावनाएं दिखाता है, और कच्चे माल के कुशल उपयोग और लक्ष्य उत्पादों की उच्च चयनात्मकता प्राप्त करने के लिए इसकी बहुमुखी प्रतिभा और बहुउद्देश्यीय आवश्यक है। वर्तमान में, इस क्षेत्र ने कुछ उपलब्धियां हासिल की हैं और तेजी से विकसित किया गया है, लेकिन वास्तविक औद्योगिक अनुप्रयोग से अभी भी काफी दूरी है, और आगे की खोज की आवश्यकता है। भविष्य के शोध को निम्नलिखित पहलुओं पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए: (1) विशिष्ट प्रतिक्रियाओं के लिए उपयुक्त उत्प्रेरक सक्रिय धातुओं और प्रतिक्रिया प्रणालियों का चयन कैसे करें; (2) अन्य कच्चे माल और अभिकर्मकों की उपस्थिति में फॉर्मिक एसिड को कुशलतापूर्वक और नियंत्रित रूप से कैसे सक्रिय किया जाए; (3) आणविक स्तर से जटिल प्रतिक्रियाओं की प्रतिक्रिया तंत्र को कैसे समझें; (4) संबंधित प्रक्रिया में संबंधित उत्प्रेरक को कैसे स्थिर किया जाए। भविष्य की ओर देखते हुए, पर्यावरण, अर्थव्यवस्था और सतत विकास के लिए आधुनिक समाज की जरूरतों के आधार पर, फॉर्मिक एसिड रसायन विज्ञान को उद्योग और शिक्षा जगत से अधिक से अधिक ध्यान और अनुसंधान प्राप्त होगा।