Гидроксиметилфурфурол
| |
| |
| |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК
5-(Гидроксиметил)фуран-2-карбальдегид [ 1 ] | |
| Другие имена | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| 110889 | |
| КЭБ | |
| ХЭМБЛ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.000.595 |
| Номер ЕС |
|
| 278693 | |
| КЕГГ | |
ПабХим CID
|
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| C6H6OC6H6O3 | |
| Молярная масса | 126.111 g·mol −1 |
| Появление | Белое твердое вещество с низкой температурой плавления |
| Запах | Сливочное, карамельное |
| Плотность | 1,29 г/см 3 |
| Температура плавления | От 30 до 34 ° C (от 86 до 93 ° F; от 303 до 307 К) |
| Точка кипения | От 114 до 116 ° C (от 237 до 241 ° F; от 387 до 389 К) (1 мбар) |
| УФ-видимое излучение (λ макс .) | 284 нм [ 2 ] |
| Родственные соединения | |
Родственные фуран-2-карбальдегиды
|
Фурфурал |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
 [ 3 ]
| |
| Предупреждение [ 3 ] | |
| Х315 , Х319 , Х335 [ 3 ] | |
| П261 , П305+П351+П338 , П310 [ 3 ] | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Гидроксиметилфурфурол ( ГМФ ), также известный как 5-(гидроксиметил)фурфурол , представляет собой органическое соединение , образующееся в результате дегидратации восстанавливающих сахаров. [ 4 ] [ 5 ] Это белое легкоплавкое твердое вещество (хотя коммерческие образцы часто имеют желтый цвет), хорошо растворимое как в воде, так и в органических растворителях. Молекула состоит из фуранового кольца, содержащего как альдегидные , так и спиртовые функциональные группы.
HMF может образовываться в сахаросодержащих продуктах, особенно в результате нагревания или приготовления пищи. Его образование было предметом серьезных исследований, поскольку HMF считался потенциально канцерогенным для человека. Однако до сих пор генотоксичность in vivo была отрицательной. Никакой значимости канцерогенных и генотоксических эффектов для человека не установлено. [ 6 ] HMF классифицируется как средство для улучшения пищевых продуктов. [ 7 ] и в основном используется в пищевой промышленности в виде пищевой добавки в качестве биомаркера, а также ароматизатора для пищевых продуктов. [ 8 ] [ 9 ] Его также производят в промышленных масштабах в скромных масштабах. [ 10 ] в качестве углеродно-нейтрального сырья для производства топлива [ 11 ] и другие химикаты. [ 12 ]
Производство и реакции
[ редактировать ]Впервые о ГМФ было сообщено в 1875 году как о промежуточном продукте при образовании левулиновой кислоты из сахара и серной кислоты. [ 13 ] Это остается классическим путем, при котором 6-углеродные сахара ( гексозы ), такие как фруктоза, подвергаются полидегидратации, катализируемой кислотой. [ 14 ] [ 15 ] При соляной кислоты использовании 5-хлорметилфурфурол вместо ГМФ образуется . Аналогичная химия наблюдается с 5-углеродными сахарами ( пентозами ), которые реагируют с водной кислотой с образованием фурфурола .
Классический подход, как правило, страдает от низких выходов, поскольку HMF продолжает реагировать в водной кислоте, образуя левулиновую кислоту . [ 4 ] Поскольку сахар обычно не растворяется ни в каких растворителях, кроме воды, развитие высокопродуктивных реакций происходит медленно и трудно; следовательно, хотя фурфурол производился в больших масштабах с 1920-х годов, [ 16 ] HMF не производился в коммерческих масштабах более 90 лет спустя. Первый завод запущен в эксплуатацию в 2013 году. [ 10 ] Были разработаны многочисленные синтетические технологии, в том числе с использованием ионных жидкостей , [ 17 ] [ 18 ] непрерывная жидкостно-жидкостная экстракция , реактивная дистилляция и твердые кислотные катализаторы, чтобы либо удалить HMF до того, как он вступит в дальнейшую реакцию, либо иным образом способствовать его образованию и ингибировать его разложение. [ 19 ]
Производные
[ редактировать ]Сам HMF имеет мало применений. Однако его можно превратить в другие, более полезные соединения. [ 12 ] Из них наиболее важной является 2,5-фурандикарбоновая кислота , которая предложена в качестве замены терефталевой кислоты в производстве полиэфиров . [ 20 ] [ 21 ] ГМФ можно преобразовать в 2,5-диметилфуран (ДМФ), жидкость, которая является потенциальным биотопливом с более высоким содержанием энергии, чем биоэтанол . Гидрирование HMF дает 2,5-бис(гидроксиметил)фуран . Кислотно-катализируемый гидролиз превращает HMF в гамма-гидроксивалериановую кислоту и гамма-валеролактон с потерей муравьиной кислоты. [ 5 ] [ 4 ]
Встречаемость в продуктах питания
[ редактировать ]HMF практически отсутствует в свежих продуктах, но он естественным образом образуется в сахаросодержащих продуктах во время термической обработки, такой как сушка или приготовление. Наряду со многими другими веществами, имеющими вкус и цвет, HMF образуется в реакции Майяра, а также во время карамелизации . В этих продуктах он также медленно образуется во время хранения. Кислые условия благоприятствуют образованию HMF. [ 22 ] HMF – хорошо известный компонент хлебобулочных изделий. При поджаривании хлеба это количество увеличивается с 14,8 (5 мин) до 2024,8 мг/кг (60 мин). [ 5 ] Он также образуется при обжарке кофе – до 769 мг/кг. [ 23 ]
Это хороший хранения вина . индикатор времени и температуры [ 24 ] особенно в сладких винах, таких как Мадейра [ 25 ] виноградным концентратом и подслащенные . [ 26 ]
HMF можно найти в небольших количествах в меде , фруктовых соках и ультрапастеризованном молоке. Здесь, как и в уксусах, джемах, алкогольной продукции или печенье, HMF может использоваться в качестве индикатора избыточной термической обработки. Например, свежий мед содержит менее 15 мг/кг — в зависимости от значения pH, температуры и возраста. [ 27 ] а стандарт Кодекса Алиментариус требует, чтобы мед содержал менее 40 мг/кг HMF, чтобы гарантировать, что мед не подвергался нагреванию во время обработки, за исключением тропического меда, содержание которого должно быть ниже 80 мг/кг. [ 28 ]
Большее количество HMF содержится в кофе и сухофруктах. Некоторые виды жареного кофе содержат от 300 до 2900 мг/кг ГМФ. [ 29 ] Установлено, что чернослив содержит до 2200 мг/кг ГМФ. В темном пиве обнаружено 13,3 мг/кг. [ 30 ] хлебобулочные изделия содержат от 4,1 до 151 мг/кг HMF. [ 31 ]
Его можно найти в сиропе глюкозы .
HMF может образовываться в кукурузном сиропе с высоким содержанием фруктозы (HFCS), были обнаружены уровни около 20 мг/кг HMF, которые увеличиваются при хранении или нагревании. [ 27 ] Это проблема для американских пчеловодов , поскольку они используют HFCS в качестве источника сахара, когда нет достаточного количества источников нектара для кормления медоносных пчел , а HMF токсичен для них. Добавление оснований, таких как кальцинированная сода или поташ, для нейтрализации HFCS замедляет образование HMF. [ 27 ]
В зависимости от технологии производства и хранения содержание продуктов питания значительно варьируется. Чтобы оценить вклад продукта в потребление HMF, необходимо учитывать структуру его потребления. Кофе – это продукт, который имеет очень большое значение с точки зрения уровня HMF и количества потребляемого.
HMF является естественным компонентом разогретой пищи, но обычно присутствует в низких концентрациях. Ежедневное потребление HMF может лежать в основе высоких колебаний из-за индивидуальных особенностей потребления. Было подсчитано, что потребление варьируется от 4 до 30 мг на человека в день, тогда как потребление до 350 мг может быть результатом, например, напитков, приготовленных из чернослива. [ 6 ] [ 32 ]
Биомедицинский
[ редактировать ]Основным метаболитом у человека является 5-гидроксиметил-2-фуроевая кислота (HMFA), также известная как кислота Сумики, которая выводится с мочой.
HMF связывает внутриклеточный серповидный гемоглобин (HbS). Предварительные исследования in vivo с использованием трансгенных серповидных мышей показали, что пероральный прием 5HMF ингибирует образование серповидных клеток в крови. [ 33 ] Под кодом разработки Aes-103 HMF рассматривался для лечения серповидноклеточной анемии . [ 34 ]
Количественная оценка
[ редактировать ]Сегодня ВЭЖХ с УФ-детектированием является эталонным методом (например, DIN 10751–3). Классические методы количественного определения HMF в фотометрии пищевых продуктов . Метод по Уайту представляет собой дифференциальную УФ-фотометрию с бисульфитом натрия и без него. восстановлением HMF [ 35 ] Фотометрический метод Винклера представляет собой цветную реакцию с использованием п- толуидина и барбитуровой кислоты ( DIN 10751–1). Фотометрический тест может быть неспецифичным, поскольку он может обнаруживать также родственные вещества, что приводит к более высоким результатам, чем измерения с помощью ВЭЖХ. Также доступны тест-наборы для быстрого анализа (например, Reflectoquant HMF, Merck KGaA). [ 36 ] [ 37 ]
Другой
[ редактировать ]HMF является промежуточным продуктом при титровании гексоз в тесте Молиша . В родственном тесте Биала на пентозы гидроксиметилфурфурол из гексоз может давать мутно-коричневый или серый раствор, но его легко отличить от зеленого цвета пентоз.
Ацетоксиметилфурфурол (АМФ) также представляет собой биохимическое вещество «зеленой платформы» в качестве альтернативы ГМФ. [ 38 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с «Фронт материи». Номенклатура органической химии: рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 г. (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 911. дои : 10.1039/9781849733069-FP001 . ISBN 978-0-85404-182-4 .
- ^ Определение HMF в меде с помощью УФ-видимого спектрофотометра Evolution Array. Николь Кройцигер Кеппи и Майкл В. Аллен, доктор философии, примечание по применению 51864, Thermo Fisher Scientific, Мэдисон, Висконсин, США ( статья )
- ^ Перейти обратно: а б с д Sigma-Aldrich Co. , 5-(Гидроксиметил)фурфурол .
- ^ Перейти обратно: а б с ван Путтен, Роберт-Ян; ван дер Ваал, Ян К.; де Йонг, Эд; Расрендра, Каролус Б.; Хирес, Герой Дж.; де Врис, Йоханнес Г. (2013). «Гидроксиметилфурфурол, универсальное химическое вещество, полученное из возобновляемых ресурсов». Химические обзоры . 113 (3): 1499–1597. дои : 10.1021/cr300182k . ISSN 0009-2665 . ПМИД 23394139 .
- ^ Перейти обратно: а б с Розателла, Андрея А.; Симеонов, Свилен П.; Фраде, Ракель FM; Афонсо, Карлос AM (2011). «5-Гидроксиметилфурфурол (ГМФ) как строительный блок: биологические свойства, синтез и синтетическое применение». Зеленая химия . 13 (4): 754. doi : 10.1039/c0gc00401d . ISSN 1463-9262 .
- ^ Перейти обратно: а б Авраам, Клаус; Гюртлер, Райнер; Берг, Кэтрин; Хайнемейер, Герхард; Лампы, Альфонсо; Аппель, Клаус Э. (4 апреля 2011 г.). «Токсикология и оценка риска содержания 5-гидроксиметилфурфурола в пищевых продуктах». Молекулярное питание и пищевые исследования . 55 (5): 667–678. дои : 10.1002/mnfr.201000564 . ISSN 1613-4125 . ПМИД 21462333 .
- ^ ПабХим. «Агенты по улучшению продуктов питания ЕС — источник данных PubChem» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 25 июня 2018 г.
- ^ Регламент Комиссии (ЕС) № 872/2012 от 1 октября 2012 г., утверждающий список вкусоароматических веществ, предусмотренный Регламентом (ЕС) № 2232/96 Европейского Парламента и Совета, и вносящий его в Приложение I к Регламенту (ЕС) № 1334/2008 Европейского Парламента и Совета и отменяющий Регламент Комиссии (ЕС) № 1565/2000 и Решение Комиссии. Текст 1999/217/EC, имеющий отношение к ЕЭЗ , 02 октября 2012 г. , получено 25 июня 2018 г.
- ^ Пубхим. «5-(Гидроксиметил)-2-фуральдегид» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 25 июня 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кляусли, Томас (2014). «AVA Biochem: коммерциализация возобновляемого химического вещества 5-HMF» . Зеленая обработка и синтез . 3 (3): 235–236. дои : 10.1515/gps-2014-0029 . ISSN 2191-9550 . S2CID 100848139 .
- ^ Хубер, Джордж В.; Иборра, Сара; Корма, Авелино (2006). «Синтез транспортного топлива из биомассы: химия, катализаторы и инженерия» . хим. Откр. 106 (9): 4044–98. дои : 10.1021/cr068360d . ПМИД 16967928 . Обзор технологий Массачусетского технологического института
- ^ Перейти обратно: а б Левковски, Дж. (2001). «Синтез, химия и применение 5-гидроксиметилфурфурола и его производных» . Аркивок . 1 : 17–54. дои : 10.3998/ark.5550190.0002.102 . hdl : 2027/spo.5550190.0002.102 . ISSN 1424-6376 .
- ^ Гроте, А. Барон В.; Толленс, Б. (1875). «Исследования углеводов. I. О кислоте (левулиновой кислоте), образующейся при действии серной кислоты на сахар» . «Анналы химии» Юстуса Либиха . 175 (1–2): 181–204. дои : 10.1002/jlac.18751750113 . ISSN 0075-4617 .
- ^ Юрий Роман-Лешков; Джубен Н. Чеда; Джеймс А. Думешич (2006). «Фазовые модификаторы способствуют эффективному производству гидроксиметилфурфурола из фруктозы». Наука . 312 (5782): 1933–1937. Бибкод : 2006Sci...312.1933R . дои : 10.1126/science.1126337 . ПМИД 16809536 . S2CID 38432592 .
- ^ Симеонов, Свилен (2016). «Синтез 5-(Гидроксиметил)фурфурола (ГМФ)» . Органические синтезы . 93 : 29–36. дои : 10.15227/orgsyn.093.0029 .
- ^ Браунли, Гарольд Дж.; Майнер, Карл С. (1948). «Промышленное освоение фурфурола». Промышленная и инженерная химия . 40 (2): 201–204. дои : 10.1021/ie50458a005 . ISSN 0019-7866 .
- ^ Закшевска, Малгожата Э.; Богель-Лукасик, Ева; Богель-Лукасик, Рафал (2011). «Опосредованное ионной жидкостью образование 5-гидроксиметилфурфураля - многообещающего строительного блока, полученного из биомассы». Химические обзоры . 111 (2): 397–417. дои : 10.1021/cr100171a . ISSN 0009-2665 . ПМИД 20973468 .
- ^ Эминов, Санан; Уилтон-Эли, Джеймс ДЕТ; Халлетт, Джейсон П. (2 марта 2014 г.). «Высокоселективное и почти количественное преобразование фруктозы в 5-гидроксиметилфурфурол с использованием слабокислых ионных жидкостей» . ACS Устойчивая химия и инженерия . 2 (4): 978–981. дои : 10.1021/sc400553q . hdl : 10044/1/31478 .
- ^ Теонг, Сью Пинг; Йи, Гуаншунь; Чжан, Юген (2014). «Производство гидроксиметилфурфурола из биоресурсов: прошлое, настоящее и будущее». Зеленая химия . 16 (4): 2015. doi : 10.1039/c3gc42018c . ISSN 1463-9262 .
- ^ СОУЗА, Андрея Ф.; ВИЛЕЛА, Карла; ФОНСЕКА, Ана К.; МАТОС, Марина; ФРЕИ, Кармем-старший; Грутер, Герт-Ян М.; КОЭЛЬО, Хорхе Ф.Дж.; Сильвестр, Армандо Джей Ди (2015). «Полиэфиры на биологической основе и другие полимеры 2,5-фурандикарбоновой кислоты: дань уважения совершенству фурана». Полим. Хим . 6 (33): 5961–5983. дои : 10.1039/C5PY00686D . ISSN 1759-9954 .
- ^ Чжан, Дайхуэй; Дюмон, Мари-Жозе (1 мая 2017 г.). «Достижения в области предшественников полимеров и полимеров биологического происхождения, синтезированных из 5-гидроксиметилфурфурола» . Журнал науки о полимерах. Часть A: Химия полимеров . 55 (9): 1478–1492. Бибкод : 2017JPoSA..55.1478Z . дои : 10.1002/pola.28527 . hdl : 20.500.11794/100964 .
- ^ Аррибас-Лоренцо, Дж; Моралес, Ф.Дж. (2010). «Оценка поступления с пищей 5-гидроксиметилфурфурола и родственных ему веществ из кофе населением Испании». Пищевая и химическая токсикология . 48 (2): 644–9. дои : 10.1016/j.fct.2009.11.046 . hdl : 10261/82147 . ПМИД 20005914 .
- ^ Машинер, Лукас; Шмидт, Анатоль; Карпф, Франц; Майер, Хельмут К. (2021). «Новый метод УВЭЖХ для определения степени обжарки кофе путем анализа фуранов». Пищевая химия . 341 (Часть 1): 128165. doi : 10.1016/j.foodchem.2020.128165 . ISSN 0308-8146 . ПМИД 33038777 .
- ^ Серра-Каюэла, А.; Журдес, М.; Риу-Аумател, М.; Буксадерас, С.; Тейседре, П.-Л.; Лопес-Тамамес, Э. (2014). «Кинетика коричневого цвета, фенолов и 5-гидроксиметилфурфурола в коммерческих игристых винах». Дж. Агрик. Пищевая хим . 62 (5): 1159–1166. дои : 10.1021/jf403281y . ПМИД 24444020 .
- ^ Перейра, В. (2011). «Эволюция 5-гидроксиметилфурфурола (HMF) и фурфурола (F) в крепленых винах, подвергнутых воздействию перегрева». Международное исследование пищевых продуктов . 44 : 71–76. doi : 10.1016/j.foodres.2010.11.011 . hdl : 10400.14/7635 .
- ^ Америн, Мейнард А. (1948). «Гидроксиметилфурфурол в калифорнийских винах». Журнал пищевой науки . 13 (3): 264–269. дои : 10.1111/j.1365-2621.1948.tb16621.x . ПМИД 18870652 .
- ^ Перейти обратно: а б с Руис-Матуте, А.И.; Вайс, М; Самматаро, Д; Хорошо, Дж; Санс, МЛ (2010). «Углеводный состав кукурузных сиропов с высоким содержанием фруктозы (HFCS), используемых для кормления пчел: влияние на состав меда». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 58 (12): 7317–22. дои : 10.1021/jf100758x . ПМИД 20491475 .
- ^ Шапла, УМ; Солейман, М; Алам, Н.; Халил, Мичиган; Ган, С.Х. (2018). «Уровни 5-гидроксиметилфурфурола (HMF) в меде и других пищевых продуктах: влияние на пчел и здоровье человека» . Чем Цент Дж . 12 (1): 35. дои : 10.1186/s13065-018-0408-3 . ПМЦ 5884753 . ПМИД 29619623 .
- ^ Муркович, М; Пихлер, Н. (2006). «Анализ 5-гидроксиметилфурфуала в кофе, сухофруктах и моче». Молекулярное питание и пищевые исследования . 50 (9): 842–6. дои : 10.1002/mnfr.200500262 . ПМИД 16917810 .
- ^ Хусой, Т; Хауген, М; Муркович, М; Йобстль, Д; Столен, Л.Х.; Бьеллаас, Т; Реннингборг, К; Глатт, Х; Александр, Дж (2008). «Диетическое воздействие 5-гидроксиметилфурфурола из норвежской пищи и корреляция с метаболитами мочи при кратковременном воздействии». Пищевая и химическая токсикология . 46 (12): 3697–702. дои : 10.1016/j.fct.2008.09.048 . ПМИД 18929614 .
- ^ Рамирес-Хименес, А; Гарсиа-Вилланова, Белен; Герра-Эрнандес, Эдуардо (2000). «Содержание гидроксиметилфурфурола и метилфурфурола в некоторых хлебобулочных изделиях». Международное исследование пищевых продуктов . 33 (10): 833. doi : 10.1016/S0963-9969(00)00102-2 .
- ^ Авраам, Клаус; Гюртлер, Райнер; Берг, Кэтрин; Хайнемейер, Герхард; Лампы, Альфонсо; Аппель, Клаус Э. (май 2011 г.). «Токсикология и оценка риска содержания 5-гидроксиметилфурфурола в пищевых продуктах». Молекулярное питание и пищевые исследования . 55 (5): 667–678. дои : 10.1002/mnfr.201000564 . ISSN 1613-4133 . ПМИД 21462333 .
- ^ Абдулмалик, О; Сафо, МК; Чен, Кью; Ян, Дж; Бругнара, К; Охене-Фремпонг, К.; Авраам, диджей; Асакура, Т (2005). «5-гидроксиметил-2-фурфурол модифицирует внутриклеточный серповидный гемоглобин и подавляет серповидность эритроцитов» . Британский журнал гематологии . 128 (4): 552–61. дои : 10.1111/j.1365-2141.2004.05332.x . ПМИД 15686467 . S2CID 22342114 .
- ^ «Aes-103 при серповидно-клеточной анемии» . Национальный центр развития трансляционных наук . 18 марта 2015 г. Проверено 20 января 2022 г.
- ^ Уайт-младший, JW (1979). «Спектрофотометрический метод определения гидроксиметилфурфурола в меде» . Журнал Ассоциации официальных химиков-аналитиков . 62 (3): 509–514. дои : 10.1093/jaoac/62.3.509 . ПМИД 479072 .
- ^ Шультайс, Дж.; Дженсен, Д.; Галенса, Р. (2000). «Определение альдегидов в пищевых продуктах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с биосенсорной связью и микромембранными подавителями». Журнал хроматографии А. 880 (1–2): 233–42. дои : 10.1016/S0021-9673(99)01086-9 . ПМИД 10890522 .
- ^ Гаспар, Эльвира МСМ; Лусена, Ана ФФ (2009). «Улучшенная методология ВЭЖХ для контроля пищевых продуктов – фурфуролы и патулин как маркеры качества». Пищевая химия . 114 (4): 1576. doi : 10.1016/j.foodchem.2008.11.097 .
- ^ Канг, Ын-Сил; Хон, Ён У; Че, Да Вон; Ким, Бора; Ким, Пэкджин; Ким, Ён Джин; Чо, Джин Ку; Ким, Ён Гю (13 апреля 2015 г.). «От лигноцеллюлозной биомассы к фуранам через 5-ацетоксиметилфурфураль как альтернативу 5-гидроксиметилфурфуралю». ChemSusChem . 8 (7): 1179–1188. дои : 10.1002/cssc.201403252 . ISSN 1864-564X . ПМИД 25619448 .