Furfuraal

Eienskappe

Algemeen
Naam	Furfuraal
Struktuurformule van
Chemiese formule
Molêre massa
CAS-nommer	98-01-1
Voorkoms	Kleurlose olie
Reuk	Amandelagtig
Fasegedrag
Smeltpunt	-37 °C
Kookpunt	162 °C
Digtheid
Oplosbaarheid	83 g/L
Dampdruk	2 mmHg (20°C)
Suur-basis eienskappe
pKa
Veiligheid
Flitspunt	62 °C
Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande.
Portaal Chemie

Furfuraal is 'n organiese verbinding wat uit 'n verskeidenheid van landbouneweprodukte, insluitend mieliestronke, hawer, koringsemels en saagsels gemaak word. Die naam furfuraal kom van die Latynse woord furfur, wat "semels" beteken, met verwysing na sy oorspronklike bron. Afgesien van etanol, asynsuur en suiker dit is een van die vroegste hernieubare chemikalieë.^[1]

Chemies gesproke, is furfuraal 'n aldehied van furaan. Dit is 'n kleurlose olierige vloeistof met die reuk van amandels, wat vinnig 'n donkerder kleur aanneem wanneer dit aan lug blootgestel word.

Geskiedenis

Furfuraal is in 1821 vir die eerste keer geïsoleer (alhoewel die resultate eers in 1832 gepubliseer is) deur die Duitse chemikus Johann Wolfgang Döbereiner, wat 'n klein monster as 'n byproduk tydens 'n sintese van mieresuur verkry het.^[2][3] Teen daardie tyd was dit normaal om mieresuur deur die distillasie van dooie miere te produseer, en Döbereiner se mierliggame was waarskynlik met plantmaterie gekontamineer. In 1840 het die Skotse chemikus John Stenhouse gevind dat hy hierdie chemiese stof kon produseer deur 'n wye verskeidenheid van plantmateriale, byvoorbeeld koring, hawer, semels en saagsels, met waterige swaelsuur te distilleer; hy het ook die empiriese formule van Furfuraal bepaal (C₅H₄O₂). George Fownes het die naam furfurol in 1845 aan die olie toegeken (van furfur - semels, en oleum).^[4] Totdat die Duitse chemikus Carl Harries in 1901 furfuraal se struktuur bepaal het, was daardie naam in algemene gebruik in die literatuur.

Furfuraal het relatief onbekend gebly tot 1922, toe die Quaker Oats Maatskappy begin het om dit in grootmaat uit hawerdoppe te produseer.^[5] Vandag word furfuraal nog steeds van landbouneweprodukte soos suikerriet bagasse en mieliestronke geproduseer. Die belangrikste produksielande is die Dominikaanse Republiek, Suid-Afrika en China.

Eienskappe

Furfuraal los geredelik in die meeste polêre organiese oplosmiddels op, maar is net effens oplosbaar in water of alkane.

Furfuraal neem deel in die dieselfde soorte reaksies as ander aldehiede en ander aromatiese verbindings, maar het minder van 'n aromatiese karakter as byvoorbeeld benseen, wat gesien kan word uit die feit dat furfuraal geredelik gehidrogeneer word tot die ooreenstemmende tetrahidrofuraan derivate. Wanneer dit in die teenwoordigheid van sure verhit word, polimeriseer furfuraal onomkeerbaar.

Produksie

Furfuraal kan verkry word deur die suur gekataliseerde dehidrasie van 5-koolstof suikers (pentoses), veral xilose.

C₅H₁₀O₅ → C₅H₄O₂ + 3 H₂O

Hierdie suikers kan verkry word van hemisellulose, wat in lignosellulose-bevattende plantmateriaal teenwoordig is.

Tussen 3% en 10% van die massa van plant-oesreste kan as furfuraal herwin word, afhangende van die tipe roumateriaal. Furfuraal en water verdamp saam uit die reaksiemengsel, en skei tydens kondensasie in twee lae. Die wêreldwye produksiekapasiteit was ongeveer 800000 ton in 2012. China is die grootste produsent, en verskaf meer as die helfte van die wêreld se furfuraal. Die ander twee groot kommersiële produsente is Illovo Suiker in Suid-Afrika en Central Romana in die Dominikaanse Republiek.

In die laboratorium, kan furfuraal van plantmateriaal deur reflux met verdunde sure verkry word.

Tydens industriële produksie van furfuraal, word nie alle lignosellulose omgeskakel nie. Die lignosellulose-bevattende oorblyfsels nadat die furfuraal verwyder is, kan gebruik word om stoom op te wek vir gebruik in die aanleg. Nuwer en meer energie-doeltreffende aanlegte gebruik minder energie as wat van die oorblywende lignosellulose opgewek word, sodat dit óf gebruik kan word vir mede-opwekking van elektrisiteit, óf verder geprosesseer kan word in veevoer, geaktiveerde koolstof, en deklaag/kunsmis. Dit kan ook as 'n vulmiddel gebruik word in gom vir die produksie van spaanderbord.

Die suurgekataliseerde sintese van furfuraal uit 5-koolstof suikers is soortgelyk aan die produksie van hydroksimetielfurfuraal deur die suurgekataliseer dehidrasie van 6-koolstof suikers (hexoses).

Gebruike

Furfuraal is 'n belangrike hernieubare, nie-petroleum-gebaseerde, chemiese grondstof. Hidrogenering van furfuraal lewer furfuriel alkohol (FA), 'n nuttige chemiese tussenganger, wat byvoorbeeld gebruik word in die vervaardiging van furaanhars prepolimere vir thermoset polimeermatriks samestellings, semente, kleefmiddels, gietharse en oppervlakbedekkings. Verdere hidrogenering van furfuriel alkohol lei tot tetrahidrofurfuriel alkohol (THFA) wat gebruik word as 'n skadelose oplosmiddel in landbouprodukte en as 'n bevorderingsmiddel om onkruiddoders te help om die blaarstruktuur binne te dring. Furfuraal word gebruik om ander furaanverbindings deur oksidasie te produseer, byvoorbeeld furoësuur,^[6] en furaan self deur dampfase dekarbonilering wat deur palladium gekataliseer word.^[7] Furfuraal self is ook 'n belangrike chemiese oplosmiddel.

Furfuraal is in Finland as 'n kleurstof gebruik vir verhittingsbrandstowwe vir belastingsdoeleindes, totdat dit weens EU-wetgewing in 2003^[8] deur Solvent Yellow 124 vervang is.

Veiligheid

Alhoewel dit in baie voedsel en geurmiddels voorkom, is furfuraal giftig, met 'n LD₅₀ van 65 mg/kg in mondelinge toediening in rotte.^[9] Dit is 'n vel irritant, en chroniese velblootstelling kan lei tot 'n vel allergie sowel as 'n oormatige neiging tot sonbrand.

Die VSA se beroepsveiligheid en gesondheidsadministrasie het 'n toelaatbare blootstellingsperk vir furfuraal op 5 dpm oor 'n agt uur tyd-geweegde gemiddelde gestel, en sien ook furfuraal as 'n risiko vir absorpsie deur die vel.

Verwysings

1. Peters, Fredus N. (1936). "The Furans: Fifteen Years of Progress". Industrial & Engineering Chemistry. 28 (7): 755–759. doi:10.1021/ie50319a002.
2. Döbereineryear=1832, J. W. "Ueber die medicinische und chemische Anwendung und die vortheilhafte Darstellung der Ameisensäure". Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 3 (2): 141–146. doi:10.1002/jlac.18320030206.
3. Stenhouse, John (1843). "On the Oils Produced by the Action of Sulphuric Acid upon Various Classes of Vegetables. [Abstract]". Abstracts of the Papers Communicated to the Royal Society of London. 5: 939–941.
4. Fownes, George (1845). "An Account of the Artificial Formation of a Vegeto-Alkali". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 135: 253–262.
5. Brownlee, Harold J. (1948). "Industrial Development of Furfural". Industrial & Engineering Chemistry. 40 (2): 201–204. doi:10.1021/ie50458a005.
6. R. J. Harrison and M. Moyle, Organic Syntheses, Coll. Vol. 4, p.493 (1963); Vol. 36, p.36 (1956).
7. Reference 6. Ronnie Ozer, "Vapor phase decarbonylation process" WIPO Patent Application WO/2011/026059 (2011).
8. Alén, Raimo (2009). Kokoelma orgaanisia yhdisteitä. Gummerus Kirjapaino Oy. p. 840. ISBN 978-952-92-5627-3.
9. http://chem.sis.nlm.nih.gov/chemidplus/.