糠醛呋喃甲醛,英文:furfural)是一种工业用化学制品,可由各种农副产品中萃取,包括玉米穗轴燕麦小麦麦麸锯木屑furfural这个字取自于拉丁字的furfur,意思是麦麸,因为这是糠醛取得的来源。

糠醛
IUPAC名
Furan-2-carbaldehyde
别名 呋喃甲醛
糖醛
识别
CAS号 98-01-1  checkY
PubChem 7362
ChemSpider 13863629
SMILES
 
  • c1cc(oc1)C=O
InChI
 
  • 1/C5H4O2/c6-4-5-2-1-3-7-5/h1-4H
InChIKey HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYAD
ChEBI 34768
KEGG C14279
性质
化学式 C5H4O2
摩尔质量 96.08 g·mol−1
外观 无色油状液体
气味 杏仁味[1]
密度 1.1601 g/mL(20 °C)[2][3]
熔点 −37 °C(236 K)([2]
沸点 162 °C(435 K)([2]
溶解性 83 g/L[2]
蒸气压 2 mmHg(20 °C)[1]
磁化率 −47.1×10−6 cm3/mol
危险性
爆炸极限 2.1–19.3%[1]
PEL TWA 5 ppm(20 mg/m3,皮肤)[1]
致死量或浓度:
LD50中位剂量
300–500 mg/kg (oral, mice)[4]
LC50中位浓度
  • 370 ppm (dog, 6 hr)
  • 175 ppm (rat, 6 hr)
  • 1037 ppm (rat, 1 hr)[5]
LCLo最低
  • 370 ppm(小鼠,6 hr)
  • 260 ppm(大鼠)[5]
相关物质
相关化学品 羟甲基糠醛
甲氧基甲基糠醛
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

糠醛是一种芳香族,其环状结构如右图所示。其化学式为C5H4O2。纯糠醛是有杏仁味的无色的油状液体,暴露于空气中会快速变成黄色。

历史

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1832年,德国化学家Johann Wolfgang Döbereiner首先将糠醛分离出来。他在制取蚁酸的过程中萃取出微量的副产品,即糠醛。[6] 在当时,蚁酸是用死亡的蚂蚁蒸馏制取,Döbereiner用的蚂蚁体内可能含有一些植物碎屑。1840年,苏格兰化学家约翰·斯登豪斯英语John Stenhouse发现相同的化学品可以由许多种不同的农作物中蒸馏制取,他将玉米、燕麦、麦麸和锯木屑分别放入稀硫酸中,检测出该糠醛的实验式为C5H4O2。1901年,德国化学家卡尔·哈里斯英语Carl Harries推论出糠醛结构。

在1922年桂格燕麦公司使用燕麦麸大规模制造以前,糠醛除了偶而用作芳香剂外,仍然是一个基本无人问津的化学品。现在,糠醛仍然由农副产品如甘蔗渣和玉米芯中制取。

性质

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物理性质

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糠醛的物性已在右表中列出。糠醛易于极性有机溶剂中溶解,但只微溶于烷烃中。

化学性质

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糠醛可以和同种类化合物起反应,如乙醛和其他芳香化合物。芳香化合物糠醛稳定性比小,而且对氢化作用和其他加成反应的活性都远比其他芳香族化合物大。

当加热至约250 ℃,糠醛会分解为呋喃一氧化碳,有时会爆炸性的分解。

若与酸一起加热,糠醛会发生不可逆反应,形成坚硬的热固性树脂

制备

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许多植物原料含有多糖半纤维素,而每个糖聚合物有5个碳原子。当与硫酸一起加热时,半纤维素会水解而形成糖,主要为木糖。在同样的酸和加热条件下,木糖和其他五碳糖会脱水,失去3个水分子而变成糠醛。

C5H10O5 → C5H4O2 + 3 H2O

在农副产品原料中,原植物体约有 10% 可以再回收制造糠醛。在反应混合中糠醛和水会一起蒸发,在凝结后即可分离。

全世界制造糠醛的总量为约450,000吨。中国是最大的生产地,大约占全世界制造量的一半。

在实验室中,糠醛可由玉米芯与稀硫酸回流来合成[7]

应用

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糠醛用来作为石化炼制品中的溶剂,从其他碳氢化合物中提炼二烯烃,用于制造合成橡胶

糠醛,以及其衍生糠醇,可与苯酚丙酮尿素反应制造树脂。这种树脂用于制造玻璃纤维、一些飞机零件和汽车制动器。

糠醛也是生产呋喃四氢呋喃溶剂的原料。羟甲基糠醛已在各种各样的热加工食品中使用。

安全性

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如果食用或吸入糠醛,会产生中毒现象,包括兴奋头痛头昏恶心,最后失去意识并因为呼吸衰竭而死亡。接触糠醛会刺激皮肤和呼吸道,甚至造成肺积水。

长期的皮肤接触会导致皮肤过敏,和特有的敏感性晒斑。在毒素研究中,糠醛会让动物产生肿瘤、突变、肝脏与肾脏损坏。

参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. #0297. NIOSH. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Record of CAS RN 98-01-1 in the GESTIS Substance Database from the IFA英语Institute for Occupational Safety and Health
  3. ^ Baird, Zachariah Steven; Uusi-Kyyny, Petri; Pokki, Juha-Pekka; Pedegert, Emilie; Alopaeus, Ville. Vapor Pressures, Densities, and PC-SAFT Parameters for 11 Bio-compounds. International Journal of Thermophysics. 6 Nov 2019, 40 (11): 102. Bibcode:2019IJT....40..102B. doi:10.1007/s10765-019-2570-9 . 
  4. ^ H. E. Hoydonckx, W. M. Van Rhijn, W. Van Rhijn, D. E. De Vos, P. A. Jacobs, Furfural and Derivatives, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a12_119.pub2 
  5. ^ 5.0 5.1 Furfural. Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). 
  6. ^ J. W. Döbereiner. Ueber die medicinische und chemische Anwendung und die vortheilhafte Darstellung der Ameisensäure. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 1832, 3 (2): 141–146. doi:10.1002/jlac.18320030206. 
  7. ^ Roger Adams and V. Voorhees (1921). "Furfural". Org. Synth. 1: 49; Coll. Vol. 1: 280.