Furfural es un compuesto orgánico con la fórmula C 4 H 3 OCHO. Es un líquido incoloro, aunque las muestras comerciales suelen ser de color marrón. Tiene un grupo aldehído unido a la posición 2 del furano . Es un producto de la deshidratación de azúcares, como ocurre en una variedad de subproductos agrícolas , como mazorcas de maíz , avena , salvado de trigo y aserrín . El nombre furfural proviene de la palabra latina furfur , que significa salvado, refiriéndose a su fuente habitual. El furfural solo se deriva de la biomasa lignocelulósica, es decir, su origen es no alimentario o no basado en carbón / aceite. Aparte del etanol , el ácido acético y el azúcar , es uno de los productos químicos renovables más antiguos. [6] También se encuentra en muchos alimentos y bebidas procesados. [ cita requerida ]
Nombres | |||
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Nombre IUPAC preferido Furan-2-carbaldehído | |||
Otros nombres Furfural, furan-2-carboxaldehído, fural, furfuraldehído, 2-furaldehído, aldehído piromúcico | |||
Identificadores | |||
Modelo 3D ( JSmol ) | |||
CHEBI | |||
CHEMBL | |||
ChemSpider | |||
Tarjeta de información ECHA | 100.002.389 | ||
KEGG | |||
PubChem CID | |||
UNII | |||
Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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Propiedades | |||
C 5 H 4 O 2 | |||
Masa molar | 96,085 g · mol −1 | ||
Apariencia | Aceite incoloro | ||
Olor | Almendrado [1] | ||
Densidad | 1.1601 g / mL (20 ° C) [2] [3] | ||
Punto de fusion | −37 ° C (−35 ° F; 236 K) [2] | ||
Punto de ebullición | 162 ° C (324 ° F; 435 K) [2] | ||
solubilidad en agua | 83 g / L [2] | ||
Presión de vapor | 2 mmHg (20 ° C) [1] | ||
Susceptibilidad magnética (χ) | −47,1 × 10 −6 cm 3 / mol | ||
Peligros | |||
punto de inflamabilidad | 62 ° C (144 ° F; 335 K) | ||
Límites explosivos | 2,1-19,3% [1] | ||
Dosis o concentración letal (LD, LC): | |||
LD 50 ( dosis media ) | 300-500 mg / kg (oral, ratones) [4] | ||
LC 50 ( concentración media ) |
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LC Lo ( menor publicado ) |
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NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.): | |||
PEL (permitido) | TWA 5 ppm (20 mg / m 3 ) [piel] [1] | ||
REL (recomendado) | No hay REL establecido [1] | ||
IDLH (peligro inmediato) | 100 ppm [1] | ||
Compuestos relacionados | |||
Furan-2-carbaldehídos relacionados |
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Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
verificar ( ¿qué es ?) | |||
Referencias de Infobox | |||
Historia
Furfural fue aislado por primera vez en 1821 (publicado en 1832) por el químico alemán Johann Wolfgang Döbereiner , quien produjo una pequeña muestra como subproducto de la síntesis de ácido fórmico . [7] [8] En 1840, el químico escocés John Stenhouse descubrió que se podía producir el mismo químico destilando una amplia variedad de materiales de cultivo, incluidos maíz, avena, salvado y aserrín, con ácido sulfúrico acuoso ; también determinó la fórmula empírica de furfural (C 5 H 4 O 2 ). [8] George Fownes llamó a este aceite "furfurol" en 1845 (de furfur (salvado) y oleum (aceite)). [9] En 1848, el químico francés Auguste Cahours determinó que el furfural era un aldehído . [10] La determinación de la estructura del furfural requirió algo de tiempo: la molécula de furfural contiene un éter cíclico ( furano ), que tiende a romperse cuando se trata con reactivos agresivos. En 1870, el químico alemán Adolf von Baeyer especuló (correctamente) sobre la estructura de los compuestos químicamente similares furano y ácido 2-furoico . [11] [12] [13] En 1886, el furfurol se llamaba "furfural" (abreviatura de "furfuraldehído") y se propuso la estructura química correcta para el furfural. [14] En 1887, el químico alemán Willy Marckwald había inferido que algunos derivados del furfural contenían un núcleo de furano. [15] En 1901, el químico alemán Carl Harries determinó la estructura del furano sintetizándolo a partir de succindialdehído , confirmando así también la estructura propuesta del furfural. [16] [17]
Furfural permaneció relativamente oscuro hasta 1922, [6] cuando la Quaker Oats Company comenzó a producirlo en masa a partir de cáscaras de avena. [18] Hoy en día, el furfural todavía se produce a partir de subproductos agrícolas como el bagazo de caña de azúcar y las mazorcas de maíz . Los principales países productores de furfural en la actualidad son República Dominicana, Sudáfrica y China .
Propiedades
El furfural se disuelve fácilmente en la mayoría de los disolventes orgánicos polares, pero solo es ligeramente soluble en agua o alcanos .
Furfural participa en los mismos tipos de reacciones que otros aldehídos y otros compuestos aromáticos. Presenta un carácter menos aromático que el benceno , como puede verse por el hecho de que el furfural se hidrogena fácilmente a alcohol tetrahidrofurfurílico . Cuando se calienta en presencia de ácidos, el furfural se polimeriza irreversiblemente y actúa como un polímero termoendurecible .
Producción
El furfural se puede obtener mediante la deshidratación catalizada por ácido de azúcares de 5 carbonos ( pentosas ), particularmente xilosa . [19]
- C5H10O5→ C
5H
4O
2+ 3 H2O
Estos azúcares pueden obtenerse a partir de pentosanos obtenidos a partir de hemicelulosa presente en la biomasa lignocelulósica .
Entre el 3% y el 10% de la masa de materias primas de residuos de cultivos se puede recuperar como furfural, según el tipo de materia prima. El furfural y el agua se evaporan juntos de la mezcla de reacción y se separan por condensación. La capacidad de producción mundial es de aproximadamente 800.000 toneladas en 2012. China es el mayor proveedor de furfural y representa la mayor parte de la capacidad mundial. Los otros dos principales productores comerciales son Illovo Sugar en la República de Sudáfrica y Central Romana en la República Dominicana [20]
En el laboratorio, el furfural se puede sintetizar a partir de material vegetal calentándolo con ácido sulfúrico [21] u otros ácidos. [22] [20] Con el fin de evitar efluentes tóxicos, se ha estudiado en todo el mundo un esfuerzo para sustituir el ácido sulfúrico con catalizadores ácidos sólidos fácilmente separables y reutilizables. [23]
En la producción industrial, queda algo de residuo lignocelulósico después de la eliminación del furfural. [24] Este residuo se seca y se quema para proporcionar vapor para el funcionamiento de la planta de furfural. Las plantas más nuevas y más eficientes energéticamente tienen un exceso de residuos, que es o puede usarse para la cogeneración de electricidad, [25] [26] alimento para ganado, carbón activado, mantillo / fertilizante, etc.
Usos y ocurrencia
Se encuentra en muchos alimentos: café (55-255 mg / kg) y pan integral (26 mg / kg). [4]
Furfural es una importante materia prima química renovable, no basada en petróleo . Puede convertirse en una variedad de disolventes, polímeros, combustibles y otros productos químicos útiles mediante una gama de reducción catalítica . [27]
La hidrogenación de furfural proporciona alcohol furfurílico (FA), que se utiliza para producir resinas de furano , que se explotan en compuestos de matriz polimérica termoendurecible , cementos, adhesivos, resinas de colada y recubrimientos. [28] Una mayor hidrogenación del alcohol furfurílico conduce al alcohol tetrahidrofurfurílico (THFA), que se utiliza como disolvente en formulaciones agrícolas y como adyuvante para ayudar a que los herbicidas penetren en la estructura de la hoja.
En otra aplicación como materia prima, descarbonilación catalizada por paladio en furfural fabrica furano industrialmente . [29]
Otro disolvente importante elaborado a partir de furfural es el metiltetrahidrofurano . El furfural se utiliza para fabricar otros derivados del furano , como el ácido furoico , mediante oxidación, [30] y el propio furano mediante la descarbonilación en fase de vapor catalizada por paladio . [4]
Furfural también es un solvente químico especializado. [20]
Existe un buen mercado para los productos químicos de valor agregado que se pueden obtener del furfural. [20]
Seguridad
El furfural es cancerígeno en animales de laboratorio y mutagénico en organismos unicelulares , pero no hay datos en seres humanos. Está clasificado en el Grupo 3 de la IARC debido a la falta de datos en humanos y muy pocas pruebas en animales para satisfacer los criterios del Grupo 2A / 2B. Es hepatotóxico . [31] [32] [33] [34]
La dosis letal mediana es alta de 650 a 900 mg / kg (oral, perros), consistente con su omnipresencia en los alimentos. [4]
La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional ha establecido un límite de exposición permisible para el furfural en 5 ppm durante un promedio ponderado en el tiempo (TWA) de ocho horas, y también designa al furfural como un riesgo de absorción por la piel. [1]
Ver también
- Prueba de acetato de anilina
- Prueba de Bial
- Reactivo de Tollens
Referencias
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- ^ a b John Stenhouse (1843). "Sobre los aceites producidos por la acción del ácido sulfúrico sobre diversas clases de hortalizas. [Resumen]" . Resúmenes de los artículos comunicados a la Royal Society de Londres . 5 : 939–941. doi : 10.1098 / rspl.1843.0234 . JSTOR 111080 .
- Ver también: Stenhouse, John (1850). "Sobre los aceites producidos por la acción del ácido sulfúrico sobre diversas clases de vegetales" . Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres . 140 : 467–480. doi : 10.1098 / rstl.1850.0024 . S2CID 186214485 .
- ^ George Fownes (1845). "Una cuenta de la formación artificial de un álcali vegetal" . Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres . 135 : 253-262. doi : 10.1098 / rstl.1845.0008 . JSTOR 108270 .Desde p. 261: "Dadas las circunstancias, tal vez el nombre" Furfurol "(de furfur , bran y oleum [aceite]) podría aplicarse provisionalmente, y se me informa que este es el nombre propuesto por la parte [es decir, Thomas Newborn Robert Morson (1800–1874)], quien hace varios años preparó una cantidad considerable del aceite (una parte del cual llegó a mis manos, como se mencionó al comienzo de este artículo), y se esforzó por descubrir aplicaciones económicas ".
- ^ Cahours, Auguste (1848). "Note sur le furfurol" [Nota sobre furfurol]. Annales de Chimie et de Physique . 3ª serie (en francés). 24 : 277-285.Desde p. 285: "S'il ne m'a pas été jusqu'à présent posible de réaliser la formación de dérivés analogues à ceux que forment d'ordinaire les aldéhydes, cela tient à la facile altération de la molécule du furfurol de la part d ' agent un peu énergiques ". (Si hasta ahora no me ha sido posible hacer derivados [que sean] análogos a los que normalmente forman los aldehídos, esto se debe a la fácil alteración de la molécula de furfurol por un reactivo ligeramente energético).
- Traducción en inglés: Cahours, A. (1848). "Observaciones sobre furfurol" . The Chemical Gazette . 6 : 457–460.
- ^ Baeyer, A .; Emmerling, A. (1870). "Reduction des Istatins zu Indigblau" [Reducción de istatin a azul índigo]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 3 : 514-517. doi : 10.1002 / cber.187000301169 .En P. 517, Baeyer propuso estructuras para furano (alemán: tetrafenol ) y ácido 2-furoico (alemán: Brenzschleimsäure ).
- ↑ En 1877, Baeyer publicó una serie de artículos sobre furfural, mientras intentaba determinar su estructura.
- Baeyer, Adolf (1877). "Ueber das Furfurol. Erste Mittheilung" [Sobre furfural. Primer informe.]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 10 : 355–358. doi : 10.1002 / cber.187701001101 .
- Baeyer, Adolf (1877). "Ueber das Furfurol. Zweite Mittheilung" [Sobre furfural. Segundo informe.]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 10 : 695–698. doi : 10.1002 / cber.187701001195 .
- Baeyer, Adolf (1877). "Ueber das Furfurol. III. Mittheilung" [Sobre furfural. Tercer informe.]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 10 (2): 1358-1364. doi : 10.1002 / cber.18770100225 .Las estructuras propuestas por Baeyer para el furano aparecen en la p. 1361.
- ↑ En 1870, el químico alemán Heinrich Limpricht preparó furano calentando sales de ácido 2-furoico (ácido piromúcico; alemán: Pyroschleimsäure o Brenzschleimsäure ), descarboxilándolo así. Limpricht aparentemente pensó que el furano era ciclobutadieno al que estaba unido un grupo hidroxilo (OH). Por eso nombró al furano "tetrafenol" (es decir, un análogo del fenol pero con 4 átomos de carbono en lugar de 6).
- Limpricht, H. (1870). "Ueber das Tetraphenol C 4 H 4 O" [Sobre tetrafenol C 4 H 4 O]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 3 : 90–91. doi : 10.1002 / cber.18700030129 .Desde p. 90: "Die Ansicht, dass die Pyroschleimsäure eine der Salicylsäure ähnliche Constitution besitzt, macht das Auftreten des Tetraphenols bei der Destillation der pyroschleimsauren Salze wahrscheinlich." (La creencia de que el ácido 2-furoico tiene una estructura similar a la del ácido salicílico hace probable la presencia de tetrafenol [furano] durante la destilación de las sales del ácido 2-furoico). Las sales de calentamiento de ácido 2-furoico deberían producir un análogo de fenol que contenga 4 átomos de carbono.
- Véase también (Tilden, 1886), pág. 380.
- ^ Tilden, William A., ed. (1886). Manual de Watts de química: teórico y práctico . vol. II: Química de los compuestos de carbono o Química orgánica (2ª ed.). Filadelfia, Pensilvania, EE.UU .: P. Blakiston, Son, & Co. págs. 379–380.
|volume=
tiene texto extra ( ayuda )La estructura propuesta para furfural aparece en la p. 380. - ^ Marckwald, W. (1887). "Zur Kenntnis der Furfuranverbindungen" [(Contribución a nuestro) conocimiento de los compuestos furfurales]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 20 (2): 2811–2817. doi : 10.1002 / cber.188702002140 .La ilustración de la p. 2816 muestra ácido furilacrílico con su núcleo de furano.
- ^ Harries, C. (1901). "Ueber den Succindialdehyd" [Sobre succindialdehyde]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 34 (2): 1488–1498. doi : 10.1002 / cber.19010340225 . P. 1490 muestra la reacción propuesta por la cual el succindialdehído se transforma en furano.
- ↑ En 1898, Harries determinó la estructura del 2-metilfurano (alemán: Sylvan ), que está estrechamente relacionado químicamente con el furfural:
- Harries, C. (1898). "Ueber die Aufspaltung des Sylvans zum Aldehyd der Lävulinsäure, Pentanonal. Untersuchungen über Bestandtheile des Buchentheers. I." [Sobre la descomposición del 2-metilfurano en el aldehído del ácido levulínico, pentanonal. Investigaciones sobre los componentes del alquitrán de las hayas. I.]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 31 (1): 37–47. doi : 10.1002 / cber.18980310109 .La estructura propuesta del 2-metilfurano ( Sylvan ) aparece en la p. 37.
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enlaces externos
- Furfural en la base de datos de propiedades de plaguicidas (PPDB)