Фурфурал
| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Предпочтительное имя IUPAC
Фуран-2-Карбальдегид | |||
| Другие имена
Фурфурур, фуран-2-карбоксиддегид, фурал, фурфуралдегид, 2-фарурдегид, пиромогический альдегид
| |||
| Идентификаторы | |||
3D model ( JSmol )
|
|||
| Чеби | |||
| Химический | |||
| Chemspider | |||
| Echa Infocard | 100.002.389 | ||
| Кегг | |||
PubChem CID
|
|||
| НЕКОТОРЫЙ | |||
Comptox Dashboard ( EPA )
|
|||
| Характеристики | |||
| C 5 H 4 O 2 | |||
| Молярная масса | 96.085 g·mol −1 | ||
| Появление | Бесцветное масло | ||
| Запах | Миндаль [ 1 ] | ||
| Плотность | 1,1601 г/мл (20 ° C) [ 2 ] [ 3 ] | ||
| Точка плавления | −37 ° C (-35 ° F; 236 K) [ 2 ] | ||
| Точка кипения | 162 ° C (324 ° F; 435 K) [ 2 ] | ||
| 83 г / л [ 2 ] | |||
| Давление паров | 2 мм рт. Ст. (20 ° C) [ 1 ] | ||
| −47.1×10 −6 см 3 /мол | |||
| Опасности | |||
| точка возгорания | 62 ° C (144 ° F; 335 K) | ||
| Взрывные пределы | 2.1–19.3% [ 1 ] | ||
| Смертельная доза или концентрация (LD, LC): | |||
Ld 50 ( средняя доза )
|
300–500 мг/кг (оральный, мыши) [ 4 ] | ||
LC 50 ( медианная концентрация )
|
| ||
LC LO ( самый низкий опубликован )
|
| ||
| Niosh (пределы воздействия на здоровье США): | |||
Пел (допустимый)
|
TWA 5 ч/млн (20 мг/м 3 ) [кожа] [ 1 ] | ||
Rel (рекомендуется)
|
Нет установленного рель [ 1 ] | ||
IDLH (немедленная опасность)
|
100 ч / млн [ 1 ] | ||
| Связанные соединения | |||
Связанные фуран-2-карбальдегиды
|
|||
За исключением случаев, когда отмечены, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
| |||
Furfural - это органическое соединение с формулой C 4 H 3 Ocho. Это бесцветная жидкость, хотя коммерческие образцы часто коричневые. Он имеет группу альдегидов , прикрепленную к 2-м положению фурана . Это продукт обезвоживания сахаров , как это происходит в различных сельскохозяйственных побочных продуктах, включая кукурузные початки , овсяные , пшеничные отруби и опилки . Название Furfural происходит от латинского слова Furfur , что означает «Бран» , имея в виду его обычный источник. Фурфурур получен только из высушенной биомассы. В дополнение к этанолу , уксусной кислоте и сахару , Furfural является одним из старейших органических химических веществ, которые легко очищены от природных предшественников. [ 6 ]
История
[ редактировать ]Furfural был впервые изолирован в 1821 году (опубликованном в 1832 году) немецким химиком Иоганном Вольфгангом Добереере , который произвел небольшой образец в качестве побочного продукта синтеза муравьиной кислоты . [ 7 ] В 1840 году шотландский химик Джон Стенхаус обнаружил, что такое же химическое вещество может быть произведено путем дистилляции широкого спектра материалов, включая кукурузу, овес, отруби и опилки, с водной серной кислотой ; Фурфура Он также определил эмпирическую формулу (C 5 H 4 O 2 ). [ 8 ] Джордж Фаунес назвал это нефть «фурфурол» в 1845 году (от Фурфура (отруби) и олеума (нефть)). [ 9 ] В 1848 году французский химик Огюст Кахур определил, что фурфурал был альдегидом . [ 10 ] Определение структуры фурфурала требовала некоторого времени: молекула фурфурала содержит циклический эфир ( фуран ), который имеет тенденцию открываться, когда его обрабатывают жесткие реагенты. В 1870 году немецкий химик Адольф фон Байер размышлял о структуре химически сходных соединений фурана и 2-фуроевой кислоты . [ 11 ] Дополнительное исследование немецкого химика Генриха Лимприхта поддержало эту идею. [ 12 ] Из работы, опубликованной в 1877 году, Байер подтвердил свою предыдущую веру в структуру фурфурала. [ 13 ] К 1886 году фурфурол назывался «фурфурал» (коротко для «фурфурурдегида»), и была предложена правильная химическая структура для фурфурала. [ 14 ] К 1887 году немецкий химик Вилли Марквальд выяснил, что некоторые производные фурфурали содержали ядро фурана. [ 15 ] В 1901 году немецкий химик Карл Харрис определил структуру Фурана посредством работы с сукфиндиалдегидом и 2-метилфураном , тем самым также подтверждая предлагаемую структуру Фурфура. [ 16 ] [ 17 ]
Фурфурал оставался относительно неясным до 1922 года, [ 6 ] Когда компания Quaker Oats Company начала массово производить его из овсяных корпусов. [ 18 ] Сегодня Furfural по -прежнему производится из сельскохозяйственных побочных продуктов, таких как багасса сахарного тростника и кукурузы. Основными странами, производящими Furfural сегодня, являются Доминиканская Республика, Южная Африка и Китай.
Характеристики
[ редактировать ]Фурфурал легко растворяется в большинстве полярных органических растворителей, но он лишь немного растворим в воде или алканах .
Фурфура участвует в тех же реакциях, что и другие альдегиды и другие ароматические соединения. Он демонстрирует меньший ароматический характер, чем бензол , как видно из того факта, что фурфур легко гидрогенизируется до тетрагидрофурфурил -спирта . При нагревании в присутствии кислот необратимо полимеризуются фурфуролеты, действуя как терморетентный полимер .
Производство
[ редактировать ]Фурфура может быть получена путем катализируемого кислотного дегидратации 5-углеродных сахаров ( пентозы ), особенно ксилозы . [ 19 ]
- В
5 часов
10 o
5 → c
5 часов
4 O.
2 + 3 ч
2 o
Эти сахара могут быть получены из пентозанов, полученных из гемицеллюлозы, присутствующей в лигноцеллюлозной биомассе .
От 3% до 10% массы сырья остатков урожая можно восстановить в качестве фурфурала, в зависимости от типа сырья. Фурфура и вода испаряются вместе от реакционной смеси и отделены от конденсации. Глобальные производственные мощности составляют около 800 000 тонн по состоянию на 2012 год. Китай является крупнейшим поставщиком фурфурала и учитывает большую часть мировых мощностей. Двумя другими крупными коммерческими производителями являются Illovo Sugar в Южной Африке и Центральной Романе в Доминиканской Республике. [ 20 ]
В лаборатории можно синтезировать фурфурал из растительного материала путем нагрева серной кислотой [ 21 ] или другие кислоты. [ 22 ] [ 20 ] С целью избежать токсичных сточных вод, было изучено усилия по замене серной кислоты легко отделимыми и многоразовыми твердыми кислотными катализаторами по всему миру. [ 23 ] Образование и экстракция ксилозы и впоследствии фурфураль может быть предпочтено по экстракции других сахаров с различными условиями, такими как концентрация кислоты, температура и время.
В промышленном производстве некоторые лигноцеллюлозные остатки остаются после удаления фурфурала. [ 24 ] Этот остаток сушат и сжигается, чтобы обеспечить пар для эксплуатации фурфурального завода. Новые и более энергоэффективные растения имеют избыточный остаток, который является или может использоваться для совместного поколения электроэнергии, [ 25 ] [ 26 ] кормление крупного рогатого скота, активированный углерод, мульча/удобрения и т. Д.
Использование и появление
[ редактировать ]Он обычно встречается во многих приготовленных или подогреваемых продуктах, таких как кофе (55–255 мг/кг) и цельнозерновой хлеб (26 мг/кг). [ 4 ]
Furfural является важным возобновляемым, не петролеем, химический сырье . Он может быть преобразован в различные растворители, полимеры, топливо и другие полезные химические вещества с помощью ряда каталитического восстановления . [ 27 ]
Гидрирование фурфурала обеспечивает фурфурил -спирт (FA), который используется для производства фурановых смол , которые эксплуатируются в композитах с терморекотической полимерной матрицей , цементами, клеями, листовыми смолами и покрытиями. [ 28 ] Дальнейшее гидрирование фурфурилового спирта приводит к тетрагидрофурфурфуриловому спирту (ТГФ), который используется в качестве растворителя в сельскохозяйственных составах и в качестве адъюванта , чтобы помочь гербицидам проникнуть в структуру листьев.
В другом применении в качестве сырья, палладий , катализируемого декарбонилированием на производстве фурфурального производства промышленного фурана . [ 4 ]
Другим важным растворителем, сделанным из фурфурала, является метилтетрагидрофуран . Furfural используется для изготовления других производных фурана , таких как фуровая кислота , посредством окисления, [ 29 ] и сам Фуран через палладий катализируемую паровой фазой декарбонилирования . [ 4 ]
Furfural также является специализированным химическим растворителем. [ 20 ]
Существует хороший рынок для химических веществ с добавленной стоимостью, которые можно получить из Furfural. [ 20 ]
Безопасность
[ редактировать ]Фурфурур имеет канцероген у лабораторных животных и мутагеническим в одноклеточных организмах , но нет данных о людях. Он классифицируется в IARC Group 3 из -за отсутствия данных о людях и слишком мало тестов на животных, чтобы удовлетворить критерии группы 2A/2B. Это гепатотоксично . [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]
Средняя летальная доза высокая, 650–900 мг/кг (оральный, собаки), что согласуется с ее распространенностью в пищевых продуктах. [ 4 ]
Управление по безопасности и гигиене труда установило допустимый предел экспозиции для фурфурала на 5 ч / млн в течение восьмичасового среднего времени (TWA), а также обозначает Furfural как риск поглощения кожи. [ 1 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Niosh Pocket Guide к химическим опасностям. "#0297" . Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH).
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Запись CAS RN 98-01-1 в базе данных веществ GESTIS Института безопасности и гигиены труда
- ^ Бэйрд, Захария Стивен; Uusi-kyyny, Petri; Pokki, Juha-Pekka; и др. (6 ноября 2019 г.). «Давление паров, плотность и параметры ПК-вала для 11 биокомпонентов» . Международный журнал термофизики . 40 (11): 102. Bibcode : 2019ijt .... 40..102b . doi : 10.1007/s10765-019-2570-9 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Hoydonckx, он; От Рейна, Wm; От Рейна, W.; вообще. «Фурфурал и производные». Ульманн Энколедия или промышленная химия . Вейнхайм: Wiley-VCH. doi : 10,1002/14356007.a12_119.pub2 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Jump up to: а беременный "Furfural" . Немедленно опасно для жизни или концентрации в области здоровья (IDLH) . Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH).
- ^ Jump up to: а беременный Петерс, Фредус Н. (1936). «Фураны: пятнадцать лет прогресса». Промышленная и инженерная химия . 28 (7): 755–759. doi : 10.1021/IE50319A002 . ISSN 0019-7866 .
- ^ JW Döbereiner (1832). «О медицинском и химическом применении и выгодном представлении муравьев» [о медицинском и химическом применении и прибыльном приготовлении муравьиной кислоты]. Анналы фармации (на немецком языке). 3 (2): 141–146. Doi : 10.1002/jlac.18320030206 . От р. 141: «Я все еще связываюсь с этим запросом, содержащим масло с горьким миндалем, содержащим материю ...» (я присоединяюсь к этому запросу, поэтому наблюдение, что муравьиная кислота, которая образуется одновременной реакцией серной кислоты и пероксида марганца С сахаром и тем, что содержит летучий материал, который кажется жирным в изолированном состоянии и пахнет смесью кассии и горького миндального масла ...)
- ^ Джон Стенхаус (1843). «На маслах, полученных в результате действия серной кислоты на различные классы овощей. [Аннотация]» . Тезисы документов, передаваемых Королевскому обществу Лондона . 5 : 939–941. doi : 10.1098/rspl.1843.0234 . JSTOR 111080 .
- Смотрите также: Стенхаус, Джон (1850). «На маслах, полученных в результате действия серной кислоты на различные классы овощей» . Философские транзакции Королевского общества Лондона . 140 : 467–480. doi : 10.1098/rstl.1850.0024 . S2CID 186214485 .
- ^ Джордж Фаунс (1845). «Отчет о искусственном формировании растикового аналкали» . Философские транзакции Королевского общества Лондона . 135 : 253–262. doi : 10.1098/rstl.1845.0008 . JSTOR 108270 .
- ^ Cahours, augue (1848). «Примечание на фурфуроле» [Примечание на фурфуроле]. Анналы химии и физики . 3 -я серия (по -французски). 24 : 277–285. (Английский перевод: Cahours, A. (1848). «Наблюдения за фурфуролом» . Химическая газета . 6 : 457–460. )
- ^ Baeyer, A.; Эммерлинг, А. (1870). «Снижение итатина до индигблау» [Снижение итатина до индиго -синего]. Сообщения о немецком химическом обществе (на немецком языке). 3 : 514–517. Doi : 10.1002/cber.187000301169 .
- ^ Лимприхт, Х. (1870). «О тетрафеноле C 4 H 4 O» [на тетрафеноле C 4 H 4 O]. Сообщения о немецком химическом обществе (на немецком языке). 3 : 90–91. Doi : 10.1002/cber.18700030129 . От р. 90: «Представление о том, что пирош -мима кислота имеет конституцию, аналогичную салициловой кислоте, возникает возникновение тетрафенола в дистилляции солей кислоты пирош -пав. (Доставка того, что 2-фуроевая кислота имеет структуру, аналогичную салициловой кислоте, делает вероятным присутствие тетрафенола [фуран] во время дистилляции 2-фуровой кислоты.) Это так же, как нагревающие соли салициловой кислоты продуцируют фенол, солнечные нагревающие соли. 2-фуроевой кислоты должна продуцировать аналог фенола, содержащего 4 атома углерода.
- ^ В 1877 году Байер опубликовал серию статей о Фурфурале, когда он пытался определить ее структуру.
- Baeyer, Adolf (1877). "Об иду . Первый отчет.]. Сообщения о немецком химическом обществе (на немецком языке). 10 : 355–358. Doi : 10.1002/cber.187701001101 .
- Baeyer, Adolf (1877). «О фартуроле. Второе общение» [на Foral. Второй отчет.]. Сообщения о немецком химическом обществе (на немецком языке). 10 : 695–698. Doi : 10.1002/cber.187701001195 .
- Baeyer, Adolf (1877). "О блужении. III . Третий отчет.]. Сообщения о немецком химическом обществе (на немецком языке). 10 (2): 1358–1364. Doi : 10.1002/cber.18770100225 .
- ^ Тилден, Уильям А., изд. (1886). Руководство по химии Уоттса: теоретическое и практичное . Тол. II: химия углеродных сообщений или, органическая химия (2-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания, США: P. Blakiston, Son, & Co. с. 379–380.
- ^ Марквальд, У. (1887). «Знать подседующие соединения» [(вклад в наше) знание фартурных соединений]. Сообщения о немецком химическом обществе (на немецком языке). 20 (2): 2811–2817. Doi : 10.1002/cber.188702002140 .
- ^ Harries, C. (1901). «О сукфиндиалдегиде» [о сукфиндиалдегиде]. Сообщения о немецком химическом обществе (на немецком языке). 34 (2): 1488–1498. Doi : 10.1002/cber.19010340225 .
- ^ Харрис, С. (1898). «О расщеплении сильвана на альдегид лавулиновой кислоты, пентанональная. Исследования по компонентам книги. I.» [О разрыве 2-метилфурана в альдегид левулиновой кислоты, пентанональная. Расследования компонентов смолы из буковых деревьев. Я.]. Сообщения о немецком химическом обществе (на немецком языке). 31 (1): 37–47. Doi : 10.1002/cber.18980310109 .
- ^ Браунли, Гарольд Дж.; Шахтер, Карл С. (1948). «Промышленное развитие фурфурала». Промышленная и инженерная химия . 40 (2): 201–204. doi : 10.1021/IE50458A005 . ISSN 0019-7866 .
- ^ Cai, Charles M.; Чжан, Тайинг; Кумар, Раджив; Wyman, Charles E. (2014). «Интегрированное производство фурфура как возобновляемое топливо и химическая платформа из лигноцеллюлозной биомассы». Журнал химических технологий и биотехнологии . 89 (1): 2–10. BIBCODE : 2014JCTB ... 89 .... 2C . doi : 10.1002/jctb.4168 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Далванд, Каве (2018). «Экономика биотоплива: рыночный потенциал фурфурала и его производных» . Биомасса и биоэнергетика . 115 : 56–63. Bibcode : 2018bmbe..115 ... 56d . doi : 10.1016/j.biombioe.2018.04.005 .
- ^ Адамс, Роджер; Вурхис, В. (1921). "Furfural". Органические синтезы . 1 : 49. doi : 10.15227/orgsyn.001.0049 .
- ^ Zeitsch, Karl J. (2000). Химия и технологии Фурфура и ее многочисленных побочных продуктов . Амстердам: Elsevier. ISBN 978-0-08-052899-1 Полем OCLC 162130560 .
- ^ Гомес Миллан, Джерардо; Эль Ассал, Зухайр; Nieminen, Kaarlo; и др. (15 декабря 2018 г.). «Быстрое образование фурфурала от ксилозы с использованием твердых кислотных катализаторов, помогающих микроволновому реактору». Технология обработки топлива . 182 : 56–67. BIBCODE : 2018FUPRT.182 ... 56G . doi : 10.1016/j.fuproc.2018.10.013 . HDL : 2117/125796 . S2CID 106216043 .
- ^ Гомес Миллан, Джерардо; Бангалор Ашок, RP; Ойнас, Пекка; и др. (8 апреля 2020 г.). «Производство фурфурала из ксилозы и березы гидролизата ликера в двухфазной системе и техно-экономическом анализе» . Преобразование биомассы и биорезиата . 11 (5): 2095–2106. doi : 10.1007/s13399-020-00702-4 .
- ^ Эдгард, Гнансаноу; Пандей, Ашок, ред. (2016-12-20). Оценка жизненного цикла биографических заводов . Амстердам, Нидерланды: Elsevier. ISBN 978-0-444-63586-0 Полем OCLC 967224456 .
- ^ Бономи, Антонио; Кавальт, Отавио; Cunha, Marcelo Pereira Da; Лима, Марко А.П., ред. (2015-12-09). Виртуальная биологическая машина: стратегия оптимизации для возобновляемой валоризации углерода . Чам: Спрингер. ISBN 978-3-319-26045-7 Полем OCLC 932064033 .
- ^ Чен, Шуо; Войчиззак, Роберт; Dumeignil, Franck; и др. (26 октября 2018 г.). «Как катализаторы и экспериментальные условия определяют селективную гидроконверсию фурфурала и 5-гидроксиметилфурфура» . Химические обзоры . 118 (22): 11023–11117. doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00134 . HDL : 20.500.12210/12953.3 . PMID 30362725 .
- ^ Брайдсон, JA (1999). "Фуранские смолы". В Ja Brydson (ред.). Пластмассы (седьмое изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хейнеманн. С. 810 –813. doi : 10.1016/b978-075064132-6/50069-3 . ISBN 978-0-7506-4132-6 .
- ^ RJ Harrison; М. Мойл (1956). «2-фуроевая кислота». Органические синтезы . 36 : 36. doi : 10.15227/orgsyn.036.0036 .
- ^ «Фурфурал (CAS 98-01-1)» . Канцерогенная эффективность проекта . Архивировано с оригинала 24 ноября 2018 года . Получено 24 ноября 2018 года .
- ^ «Сухая чистка, некоторые хлорированные растворители и другие промышленные химические вещества» (PDF) . Монографии IARC по оценке канцерогенных рисков для людей . 63 : 393–407. 1995. PMC 7681282 . PMID 9097102 . Получено 24 ноября 2018 года .
- ^ «Фурфурал (группа 3)» . IARC . Получено 24 ноября 2018 года .
- ^ Ричард Ирвин, доктор философии (1990). Технический отчет NTP о исследованиях токсикологии и канцерогенеза Furfural (CAS № 98-01-1) у крыс F344/N и мышей B6C3F1 (исследования Gavage) (PDF) (отчет). Министерство здравоохранения и социальных служб США . Получено 24 ноября 2018 года .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Фурфураль в базе данных свойств пестицидов (PPDB)