Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Фурфурол
Furfural.svg
Фурфурол-3D-vdW.png
Имена
Название ИЮПАК
Фуран-2-карбальдегид
Другие имена
Фурфурол, фуран-2-карбоксальдегид, фурол, фурфуролдегид, 2-фуральдегид, пиромуциновый альдегид
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.002.389 Отредактируйте это в Викиданных
КЕГГ
UNII
  • InChI = 1S / C5H4O2 / c6-4-5-2-1-3-7-5 / h1-4H проверитьY
    Ключ: HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • InChI = 1 / C5H4O2 / c6-4-5-2-1-3-7-5 / h1-4H
    Ключ: HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYAD
  • c1cc (oc1) С = O
Характеристики
С 5 Н 4 О 2
Молярная масса96,085  г · моль -1
ВнешностьБесцветное масло
ЗапахПохожий на миндаль [1]
Плотность1,1601  г / мл (20  ° C) [2] [3]
Температура плавления-37 ° С (-35 ° F, 236 К) [2]
Точка кипения162 ° С (324 ° F, 435 К) [2]
83  г / л [2]
Давление газа2  мм рт. Ст. (20  ° C) [1]
−47,1 × 10 −6  см 3 / моль
Опасности
точка возгорания 62 ° С (144 ° F, 335 К)
Пределы взрываемости2,1–19,3% [1]
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
300–500  мг / кг (перорально, мыши) [4]
ЛК 50 ( средняя концентрация )
  • 370  частей на миллион (собака, 6  часов)
  • 175  частей на миллион (крыса, 6  часов)
  • 1037  частей на миллион (крыса, 1  час) [5]
LC Lo ( самый низкий опубликованный )
  • 370  частей на миллион (мышь, 6  часов)
  • 260  частей на миллион (крыса) [5]
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 5  частей на миллион (20  мг / м 3 ) [кожа] [1]
REL (рекомендуется)
REL не установлен [1]
IDLH (Непосредственная опасность)
100  частей на миллион [1]
Родственные соединения
Родственные фуран-2-карбальдегиды
  • Гидроксиметилфурфурол
  • Метоксиметилфурфурол
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Фурфурол - это органическое соединение с формулой C 4 H 3 OCHO. Это бесцветная жидкость, хотя коммерческие образцы часто имеют коричневый цвет. Он имеет альдегидную группу, присоединенную к 2-положению фурана . Это продукт обезвоживания сахаров, который встречается в различных побочных продуктах сельского хозяйства , включая кукурузные початки , овес , пшеничные отруби и опилки . Название фурфурол происходит от латинского слова furfur , что означает отруби., ссылаясь на свой обычный источник. Фурфурол получают только из лигноцеллюлозной биомассы, т.е. его происхождение не связано с пищевыми продуктами или на основе угля / нефти. Помимо этанола , уксусной кислоты и сахара, это одно из старейших возобновляемых химических веществ. [6] Он также содержится во многих обработанных пищевых продуктах и ​​напитках.

История [ править ]

Фурфурол был впервые выделен в 1821 году (опубликован в 1832 году) немецким химиком Иоганном Вольфгангом Доберейнером , который произвел небольшой образец в качестве побочного продукта синтеза муравьиной кислоты . [7] [8] В 1840 году шотландский химик Джон Стенхаус обнаружил, что одно и то же химическое вещество можно получить путем дистилляции широкого спектра сельскохозяйственных культур, включая кукурузу, овес, отруби и опилки, с водной серной кислотой ; он также определил эмпирическую формулу фурфурола (C 5 H 4 O 2 ). [8] Джордж Фаунс назвал это масло «фурфурол» в 1845 г. (отмех (отруби) и олеум (масло)). [9] В 1848 году французский химик Огюст Каур определил, что фурфурол является альдегидом . [10] Для определения структуры фурфурола потребовалось некоторое время: молекула фурфурола содержит циклический эфир ( фуран ), который имеет тенденцию к разрыву при обработке агрессивными реагентами. В 1870 году немецкий химик Адольф фон Байер предположил (правильно) о структуре химически подобных соединений фурана и 2-фурановой кислоты . [11] [12] [13] К 1886 году фурфурол назывался «фурфурол» (сокращение от «фурфуральдегид»), и была предложена правильная химическая структура фурфурола. [14] К 1887 году немецкий химик Вилли Марквальд предположил, что некоторые производные фурфурола содержат ядро ​​фурана. [15] В 1901 году немецкий химик Карл Харрис определил структуру фурана, синтезируя его из янтарного диальдегида , тем самым подтвердив предложенную структуру фурфурола. [16] [17]

Фурфурол оставался относительно малоизвестным до 1922 года [6], когда Quaker Oats Company начала массовое производство его из овсяной шелухи. [18] Сегодня фурфурол по-прежнему производится из побочных продуктов сельского хозяйства, таких как жмых сахарного тростника и кукурузные початки. Основными странами-производителями фурфурола сегодня являются Доминиканская Республика, ЮАР и Китай .

Свойства [ править ]

Фурфурол легко растворяется в большинстве полярных органических растворителей, но мало растворим в воде или алканах .

Фурфурол участвует в тех же реакциях, что и другие альдегиды и другие ароматические соединения. Он проявляет менее ароматические свойства, чем бензол , как видно из того факта, что фурфурол легко гидрируется до тетрагидрофурфурилового спирта . При нагревании в присутствии кислот фурфурол необратимо полимеризуется, действуя как термореактивный полимер .

Производство [ править ]

Фурфурол может быть получен путем катализируемой кислотой дегидратации 5-углеродных сахаров ( пентоз ), особенно ксилозы . [19]

C5ЧАС10О5→ С
5ЧАС
4О
2+ 3 часа2О

Эти сахара могут быть получены из пентозанов, полученных из гемицеллюлозы, присутствующей в лигноцеллюлозной биомассе .

От 3% до 10% массы исходного сырья растительных остатков может быть извлечено в виде фурфурола, в зависимости от типа исходного сырья. Фурфурол и вода вместе испаряются из реакционной смеси и отделяются при конденсации. По состоянию на 2012 год глобальные производственные мощности составляют около 800 000 тонн. Китай является крупнейшим поставщиком фурфурола, и на его долю приходится большая часть мировых мощностей. Двумя другими крупными коммерческими производителями являются Illovo Sugar в ЮАР и Central Romana в Доминиканской Республике [20]

В лаборатории фурфурол можно синтезировать из растительного материала путем нагревания с серной кислотой [21] или другими кислотами. [22] [20] Чтобы избежать токсичных выбросов, во всем мире изучаются попытки заменить серную кислоту легко отделяемыми и многоразовыми твердыми кислотными катализаторами. [23]

При промышленном производстве после удаления фурфурола остается некоторое количество остатков лигноцеллюлозы. [24] Этот остаток сушат и сжигают, чтобы получить пар для работы завода по производству фурфурола. Более новые и более энергоэффективные установки имеют избыток остатков, который используется или может быть использован для совместного производства электроэнергии [25] [26], корма для скота, активированного угля, мульчи / удобрений и т. Д.

Использование и появление [ править ]

Он содержится во многих продуктах: кофе (55–255 мг / кг) и цельнозерновой хлеб (26 мг / кг). [4]

Фурфурол является важным возобновляемым химическим сырьем , не связанным с нефтью . Его можно преобразовать в различные растворители, полимеры, топливо и другие полезные химические вещества путем каталитического восстановления . [27]

Гидрирование фурфурола дает фурфуриловый спирт (FA), который используется для производства фурановых смол , которые используются в композитах с термореактивной полимерной матрицей , цементах, клеях, литейных смолах и покрытиях. [28] Дальнейшее гидрирование фурфурилового спирта приводит к тетрагидрофурфуриловому спирту (ТГФА), который используется в качестве растворителя в сельскохозяйственных препаратах и ​​в качестве адъюванта, помогающего гербицидам проникать в структуру листьев.

В другом применении в качестве исходного сырья катализируемое палладием декарбонилирование фурфурола приводит к промышленному производству фурана . [29]

Другой важный растворитель, получаемый из фурфурола, - это метилтетрагидрофуран . Фурфурол используется для получения других производных фурана , таких как фурановая кислота , путем окисления [30] и самого фурана путем декарбонилирования в паровой фазе, катализируемого палладием . [4]

Фурфурол также является специализированным химическим растворителем. [20]

Существует хороший рынок для химикатов с добавленной стоимостью, которые можно получить из фурфурола. [20]

Безопасность [ править ]

Фурфурол канцерогенен для лабораторных животных и мутагенен для одноклеточных организмов , но данных о людях нет. Он отнесен к группе 3 IARC из-за отсутствия данных о людях и слишком малого количества тестов на животных, чтобы соответствовать критериям группы 2A / 2B. Он гепатотоксичен . [31] [32] [33] [34]

Средняя летальная доза высока 650-900 мг / кг (перорально, собак), в соответствии с ее распространенностью в пищевых продуктах. [4]

Управление по безопасности и гигиене труда установило допустимый предел воздействия для фурфурола на уровне 5  частей на миллион в течение восьмичасового среднего взвешенного по времени (TWA), а также определяет фурфурол как риск абсорбции через кожу. [1]

См. Также [ править ]

  • Анилин ацетатный тест
  • Тест Биала
  • Реагент Толленса

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g Карманное руководство NIOSH по химической опасности. «# 0297» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  2. ^ a b c d Запись CAS RN 98-01-1 в базе данных веществ GESTIS Института охраны труда
  3. ^ Бэрд, Захария Стивен; Ууси-Кыны, Петри; Покки, Джуха-Пекка; Педегерт, Эмили; Alopaeus, Ville (6 ноя 2019). «Давление пара, плотность и параметры PC-SAFT для 11 биологических соединений» . Международный журнал теплофизики . 40 (11): 102. DOI : 10.1007 / s10765-019-2570-9 .
  4. ^ a b c d Х. Э. Хойдонкс, В. М. Ван Рейн, В. Ван Рейн, Д. Е. Де Вос, П. А. Якобс (2007). «Фурфурол и производные». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a12_119.pub2 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  5. ^ а б «Фурфурол» . Немедленно опасная для жизни или здоровья концентрация (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  6. ^ a b Питерс, Фредус Н. (1936). «Фуранс: пятнадцать лет прогресса». Промышленная и инженерная химия . 28 (7): 755–759. DOI : 10.1021 / ie50319a002 . ISSN 0019-7866 . 
  7. ↑ JW Döbereiner (1832). "Ueber die medicinische und chemische Anwendung und die vortheilhafte Darstellung der Ameisensäure" [О медицинском и химическом применении и прибыльном получении муравьиной кислоты]. Annalen der Pharmacie (на немецком языке). 3 (2): 141–146. DOI : 10.1002 / jlac.18320030206 . С п. 141: «Ich verbinde mit diese Bitte noch die Bemerkung,… Bittermandelöl riechende Materie enthält,…» (Я присоединяюсь к этой просьбе также к наблюдению, что муравьиная кислота, которая образуется при одновременной реакции серной кислоты и пероксида марганца с сахаром и которая содержит летучие вещества, которые в изолированном состоянии кажутся маслянистыми и пахнут смесью кассии и масла горького миндаля ...)
  8. ^ а б Джон Стенхаус (1843). «О маслах, образующихся при действии серной кислоты на различные сорта овощей. [Резюме]» . Отрывки из статей, переданных Лондонскому королевскому обществу . 5 : 939–941. DOI : 10,1098 / rspl.1843.0234 . JSTOR 111080 . 
    • См. Также: Стенхаус, Джон (1850 г.). «О маслах, получаемых при действии серной кислоты на различные сорта овощей» . Философские труды Лондонского королевского общества . 140 : 467–480. DOI : 10,1098 / rstl.1850.0024 . S2CID 186214485 . 
  9. ^ Джордж Фаунс (1845). "Учет искусственного образования вегето-щелочи" . Философские труды Лондонского королевского общества . 135 : 253–262. DOI : 10,1098 / rstl.1845.0008 . JSTOR 108270 .  С п. 261: «При таких обстоятельствах, возможно , название„фурфурол“(от перхоти , отрубей и олеума [масло]) может быть применено условно, и мне сообщило , что это имя , которое было предложено партией [ а именно, Томас Новорожденные Роберт Морсон (1800–1874)], который несколько лет назад приготовил большое количество масла (часть которого попала в мои руки, как упоминалось в начале этой статьи), и попытался найти его экономичное применение ».
  10. ^ Cahours, Огюст (1848). «Примечание сюр ле фурфурол» [Примечание о фурфуроле]. Annales de Chimie et de Physique . 3-я серия (на французском языке). 24 : 277–285. С п. 285: "S'il ne m'a pas été jusqu'à présent possible de réaliser la education derivés аналогов à ceux que forment d'ordinaire les aldéhydes, cela tient à la easy altération de la molécule du furfurol de la part d ' agent un peu énergiques ". (Если до сих пор у меня не было возможности получить производные, аналогичные тем, которые обычно образуются альдегидами, то это из-за легкого изменения молекулы фурфурола с помощью реагента, обладающего небольшой энергией.)
    • Английский перевод: Cahours, A. (1848). «Наблюдения за фурфуролом» . Химический вестник . 6 : 457–460.
  11. ^ Baeyer, A .; Эммерлинг, А. (1870). "Reduction des Istatins zu Indigblau" [Восстановление истатина до синего индиго]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 3 : 514–517. DOI : 10.1002 / cber.187000301169 . На стр. 517, Байер предложил структуры для фурана (нем. Тетрафенол ) и 2-фурановой кислоты (нем. Brenzschleimsäure ).
  12. ↑ В 1877 году Байер опубликовал серию статей о фурфуроле, пытаясь определить его структуру.
    • Байер, Адольф (1877). "Ueber das Furfurol. Erste Mittheilung" [О фурфуроле. Первый отчет.]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 10 : 355–358. DOI : 10.1002 / cber.187701001101 .
    • Байер, Адольф (1877). "Ueber das Furfurol. Zweite Mittheilung" [О фурфуроле. Отчет второй.]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 10 : 695–698. DOI : 10.1002 / cber.187701001195 .
    • Байер, Адольф (1877). "Ueber das Furfurol. III. Mittheilung" [О фурфуроле. Третий отчет.]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 10 (2): 1358–1364. DOI : 10.1002 / cber.18770100225 . Предложенные Байером структуры для фурана представлены на стр. 1361.
  13. ↑ В 1870 году немецкий химик Генрих Лимприхт получил фуран путем нагревания солей 2-фурановой кислоты (пиромуциновая кислота; нем. Pyroschleimsäure или Brenzschleimsäure ), тем самым декарбоксилируя его. Лимприхт, по-видимому, считал фуран циклобутадиеном, к которому присоединена гидроксильная (ОН) группа. Поэтому он назвал фуран «тетрафенол» (то есть аналог фенола, но с 4 атомами углерода вместо 6).
    • Лимприхт, Х. (1870). "Ueber das Tetraphenol C 4 H 4 O" [О тетрафеноле C 4 H 4 O]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 3 : 90–91. DOI : 10.1002 / cber.18700030129 . С п. 90: «Die Ansicht, dass die Pyroschleimsäure eine der Salicylsäure ähnliche Construction besitzt, macht das Auftreten des Tetraphenols bei der Destillation der pyroschleimsauren Salze wahrscheinlich». (Убеждение, что 2-фурановая кислота имеет структуру, аналогичную салициловой кислоте, делает вероятным присутствие тетрафенола [фурана] во время дистилляции солей 2-фурановой кислоты.) То есть, как нагревание солей салициловой кислоты производит фенол, так нагревание солей 2-фурановой кислоты должно дать аналог фенола, содержащий 4 атома углерода.
    • См. Также (Tilden, 1886), стр. 380.
  14. ^ Тилден, Уильям А., изд. (1886). Руководство Уоттса по химии: теоретические и практические . т. II: Химия соединений углерода или органическая химия (2-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания, США: П. Блэкистон, Сон и Ко, стр. 379–380. Предлагаемый состав фурфурола представлен на стр. 380.
  15. ^ Marckwald, W. (1887). "Zur Kenntnis der Furfuranverbindungen" [(Вклад в наши) знания о соединениях фурфурола]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 20 (2): 2811–2817. DOI : 10.1002 / cber.188702002140 . Иллюстрация на стр. 2816 показывает фурилакриловую кислоту с фурановым ядром.
  16. ^ Харриес, С. (1901). «Ueber den Succindialdehyd» [О янтарном диальдегиде]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 34 (2): 1488–1498. DOI : 10.1002 / cber.19010340225 . На стр. 1490 показана предложенная реакция превращения янтарного диальдегида в фуран.
  17. ↑ В 1898 году Харрис определил структуру 2-метилфурана (нем. Sylvan ), который химически тесно связан с фурфуролом:
    • Харрис, К. (1898). "Ueber die Aufspaltung des Sylvans zum Aldehyd der Lävulinsäure, Pentanonal. Untersuchungen über Bestandtheile des Buchentheers. I." [О распаде 2-метилфурана на альдегид левулиновой кислоты, пентанонал. Исследования компонентов дегтя из бука. Я.]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 31 (1): 37–47. DOI : 10.1002 / cber.18980310109 . Предлагаемая структура 2-метилфурана ( Sylvan ) представлена ​​на стр. 37.
  18. ^ Браунли, Гарольд Дж .; Майнер, Карл С. (1948). «Промышленное развитие Фурфурола». Промышленная и инженерная химия . 40 (2): 201–204. DOI : 10.1021 / ie50458a005 . ISSN 0019-7866 . 
  19. ^ Кай, Чарльз М .; Чжан, Тайин; Кумар, Раджив; Вайман, Чарльз Э. (2014). «Комплексное производство фурфурола как возобновляемое топливо и химическая платформа из лигноцеллюлозной биомассы». Журнал химической технологии и биотехнологии . 89 : 2–10. DOI : 10.1002 / jctb.4168 .
  20. ^ а б в г Далванд, Каве (2018). «Экономика биотоплива: рыночный потенциал фурфурола и его производных». Биомасса и биоэнергетика . 115 : 56–63. DOI : 10.1016 / j.biombioe.2018.04.005 .
  21. ^ Адамс, Роджер; Вурхиз В. (1921). «Фурфурол». Органический синтез . 1 : 49. DOI : 10,15227 / orgsyn.001.0049 .
  22. ↑ J., Zeitsch, Karl (2000). Химия и технология фурфурола и многих его побочных продуктов . Амстердам: Эльзевир. ISBN 9780080528991. OCLC  162130560 .
  23. ^ Гомес Миллан, Херардо; Эль-Ассаль, Зухайр; Ниеминен, Каарло; Хеллстен, Санна; Льорка, Хорди; Сикста, Герберт (15 декабря 2018 г.). «Образование быстрого фурфурола из ксилозы с использованием твердых кислотных катализаторов с помощью микроволнового реактора». Технология переработки топлива . 182 : 56–67. DOI : 10.1016 / j.fuproc.2018.10.013 . ЛВП : 2117/125796 .
  24. ^ Гомес Миллан, Херардо; Бангалор Ашок, РП; Ойнас, Пекка; Льорка, Хорди; Сикста, Герберт (8 апреля 2020 г.). «Производство фурфурола из щелока гидролизата березы и ксилозы в двухфазной системе и технико-экономический анализ» . Конверсия биомассы и биопереработка . DOI : 10.1007 / s13399-020-00702-4 .
  25. ^ Edgard, Gnansounou (2016-12-20). Оценка жизненного цикла биоперерабатывающих заводов . Панди, Ашок. Амстердам, Нидерланды. ISBN 9780444635860. OCLC  967224456 .
  26. ^ Бономи, Антонио; Кавалетт, Отавио; Кунья, Марсело Перейра да; Лима, Марко А.П. (09.12.2015). Виртуальный биоперерабатывающий завод: стратегия оптимизации для повышения валоризации возобновляемого углерода . Бономи, Антонио, Кавалетт, Отавио, Кунья, Марсело Перейра да, Лима, Марко А.П. Чам. ISBN 9783319260457. OCLC  932064033 .
  27. ^ Чен, Шуо; Войчешак, Роберт; Дюмегнил, Франк; Марсо, Эрик; Руайе, Себастьян (26 октября 2018 г.). «Как катализаторы и экспериментальные условия определяют селективную гидроконверсию фурфурола и 5-гидроксиметилфурфурола» . Химические обзоры . 118 (22): 11023–11117. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.8b00134 . PMID 30362725 . 
  28. ^ Brydson, JA (1999). «Фурановые смолы». В JA Brydson (ред.). Пластмассовые материалы (седьмое изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. стр.  810 -813. DOI : 10.1016 / B978-075064132-6 / 50069-3 . ISBN 9780750641326.
  29. ^ Hoydonckx, HE; Ван Рейн, ВМ; Van Rhijn, W .; Де Вос, Германия; Джейкобс, П.А. "Фурфурол и производные". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a12_119.pub2 .
  30. ^ RJ Харрисон, М. Мойл (1956). «2-фурановая кислота». Органический синтез . 36 : 36. DOI : 10,15227 / orgsyn.036.0036 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  31. ^ «Фурфурол (CAS 98-01-1)» . Проект канцерогенной активности . Архивировано из оригинального 24 ноября 2018 года . Проверено 24 ноября 2018 года .
  32. ^ «Химчистка, некоторые хлорированные растворители и другие промышленные химикаты» (PDF) . Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для людей . 63 : 393–407. 1995. PMC 7681282 . PMID 9097102 . Проверено 24 ноября 2018 года .   
  33. ^ «Фурфурол (Группа 3)» . МАИР . МАИР . Проверено 24 ноября 2018 года .
  34. ^ Ричард Ирвин, доктор философии. (1990). ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ NTP ПО ИССЛЕДОВАНИЯМ ТОКСИКОЛОГИИ И КАНЦЕРОГЕНЕЗА ФУРФУРАЛА (КАС. № 98-01-1) У КРЫС F344 / N И МЫШЕЙ B6C3F1 (ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗАЖ) (PDF) (Отчет). ДЕПАРТАМЕНТ ЗДОРОВЬЯ И ЛЮДСКИХ УСЛУГ США . Проверено 24 ноября 2018 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Фурфурол в базе данных о свойствах пестицидов (PPDB)