Τετραϋδροφουράνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Τετραϋδροφουράνιο
Tetrahydrofuran.svg
Tetrahydrofuran-3D-balls.png
Tetrahydrofuran sample.jpg
Γενικά
Όνομα IUPAC Οξολάνιο
Άλλες ονομασίες Τετραϋδροφουράνιο
1,4-εποξυβουτάνιο
1,4-βουτυλενοξείδιο
Οξακυκλοπεντάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C4H8O
Μοριακή μάζα 72,11 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
Tetrahydrofuran.svg
Συντομογραφίες THF
Αριθμός CAS 109-99-9
SMILES O1CCCC1
InChI 1S/C4H8O/c1-2-4-5-3-1/h1-4H2
Αριθμός RTECS LU5950000
PubChem CID 8028
ChemSpider ID 7737
Δομή
Διπολική ροπή 1,63 D (αέριο)
Μοριακή γεωμετρία φακέλου
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -108,4 °C
Σημείο βρασμού 66 °C
Πυκνότητα 889,2 kg/m3
Διαλυτότητα
στο νερό
Αναμείξιμο
Ιξώδες 0,48 cP
Εμφάνιση Άχρωμο υγρό
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
-14 °C
Επικινδυνότητα
Hazard F.svg Hazard X.svg
Εύφλεκτο (F)
Ερεθιστικό (Xi)
Φράσεις κινδύνου R11, R19, R20/21/22, R36/37
Φράσεις ασφαλείας S16, S29, S33
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704

NFPA 704.svg

3
2
1
 
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

To τετραϋδροφουράνιο[1] (αγγλικά: TetraHydroFuran, THF) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο, με μοριακό τύπο C4H8O, αν και συνήθως παριστάνεται με το γραμμικό τύπο του, Tetrahydrofuran.svg. Είναι ένας ετεροκυκλικός αιθέρας. Το μόριό του αποτελείται από έναν πενταμελή δακτύλιο με ένα (1) άτομο οξυγόνου και τέσσερα (4) άτομα άνθρακα. Το χημικά καθαρο τετραϋδροφουράνιο, στις συνηθισμένες συνθήκες, δηλαδή θερμοκρασία 25 °C και πίεση 1 atm, είναι άχρωμο υγρό με χαμηλό ιξώδες και αναμίξιμο με το νερό. Είναι ένας από τους πιο πολικούς αιθέρες, με μεγάλο εύρος θερμοκρασιών στις οποίες βρίσκεται στην υγρή κατάσταση. Τα χαρακτηριστικά αυτά, κάνουν το τετραϋδροφουράνιο ένα χρήσιμο διαλύτης. Η κύρια εφαρμογή του είναι η παραγωγή πολυμερών[2]. Το τετραϋδροφουράνιο έχει μια οσμή παρόμοια με αυτήν του διαιθυλαιθέρα, αλλά είναι λιγότερο ισχυρό αναισθητικό απ' τον τελευταίο. Εκτός από τη «μητρική» ένωση, ο όρος τετραϋδροφουράνιο μπορεί, επίσης, να αναφέρεται (γενικότερα) σε μια σειρά «θυγατρικών» ή «υποκατεστημένων» παραγώγων ενώσεων, αρκεί να περιέχουν έναν (τουλάχιστον) τετραϋδροφουρανικό δακτύλιο, δηλαδή τετραμελή δακτύλιο με τέσσερα (4) άτομα άνθρακα, ένα (1) άτομο οξυγόνου και κανένα διπλό δεσμό.

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Περίπου 200.000 τόννοι τετραϋδροφουράνιου παράγονται ετησίως στον πλανήτη μας[3].

Από αιθίνιο και μεθανάλη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ευρύτερα χρησιμοποιούμενη βιομηχανική μέθοδος παραγωγής του βασίζεται στην καταλυόμενη από οξύ ενδομοριακή αφυδάτωση της 1,4-βουτανοδιόλης. Η διαδικασία αυτή είναι παρόμοια με τη διαμοριακή αφυδάτωση της αιθανόλης, για την παραγωγή του διαιθυλαιθέρα. Η 1,4-βουτανοδιόλη, με τη σειρά της, λαμβάνεται με διπλή συμπύκνωση αιθίνιου και μεθανάλης, που δίνει 1,4-βουτιν-2-διόλη. Η τελευταία υδρογονώνεται, δίνοντας 1,4-βουτανοδιόλη[4]:

\mathrm{HC \equiv CH + 2HCHO \xrightarrow{} HOCH_2C \equiv C CCH_2OH}
\mathrm{HOCH_2C \equiv C CCH_2OH + 2H_2 \xrightarrow{Ni} HOCH_2CH_2CH_2CH_2OH}
\mathrm{HOCH_2CH_2CH_2CH_2OH \xrightarrow[H_2SO_4]{140^oC} H_2O +} Τετραϋδροφουράνιο

Από βουτάνιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η εταιρεία DuPont ανέπτυξε μια εναλλακτική μέθοδο καταλυτικής οξείδωσης βουτανίου σε μηλεϊνικό ανυδρίτη. Ο τελευταίος μπορεί να αναχθεί τελικά σε τετραϋδροφουράνιο[5]:

\mathrm{2CH_3CH_2CH_2CH_3 + 7O_2 \xrightarrow{} 8H_2O +} Μηλεϊνικός ανυδρίτης
Μηλεϊνικός ανυδρίτης\mathrm{+ 2Zn + 3H_2 \xrightarrow{Ni} 2ZnO +} Τετραϋδροφουράνιο

Από 2-προπεν-1-όλη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μια τρίτη κύρια βιομηχανική μέθοδος παραγωγής τετραϋδροφουρανίου περιλαμβάνει αρχικά την υδροφορμυλίωση της 2-προπεν-1-όλης. Η αντίδραση αυτή δίνει 2-βουτεν-1,4-διόλη. Στη συνέχεια η τελευταία υδρογονώνεται σε 1,4-βουτανοδιόλη, που τελικά αφυδατώνεται ενδομοριακά, όπως και στην ενότητα 1.1., παραπάνω:

\mathrm{CH_2=CHCH_2OH + HCHO \xrightarrow{} HOCH_2CH=CHCH_2OH}
\mathrm{HOCH_2CH=CHCH_2OH + H_2 \xrightarrow{Ni} HOCH_2CH_2CH_2CH_2OH}
\mathrm{HOCH_2CH_2CH_2CH_2OH \xrightarrow[H_2SO_4]{140^oC} H_2O +} Τετραϋδροφουράνιο

Από φουράνιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ακόμη, το τετραϋδροφουράνιο μπορεί να παραχθεί με καταλυτική υδρογόνωση φουρανίου[6][7]:

Φουράνιο\mathrm{+ 2H_2 \xrightarrow{Ni}} Τετραϋδροφουράνιο

Το φουράνιο, με τη σειρά του, μπορεί να παραχθεί από μια φουρανόζη. Παρ' ὀλο που αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει παραγωγή από ανανεώσιμους φυσικούς πόρους, στην πράξη εφαρμόζεται πολύ λίγο.

Εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με την παρουσία ισχυρών οξέων το τετραύδροφουράνιο μετατρέπεται σε ένα γραμμικό πολυμερές, που ονομάζεται πολυ(τετραμεθυλεναιθερο)γλυκόλη [poly(tetramethylene ether) glycol (PTMEG)], γνωστό επίσης ως πολυτετραμεθυλενοξείδιο (polytetramethylene oxide, PTMO):

\mathrm{n(C_4H_8O)\xrightarrow{H^+} -(CH_2CH_2CH_2CH_2O)_n-}

Αυτό το πολυμερές χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή ελαστομερών νημάτων πολυουρεθάνης, όπως το Spandex[8].

Ως διαλύτης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η άλλη κύρια εφαρμογή του THF είναι ως βιομηχανικός διαλύτης για PVC και σε βερνίκια[2].Είναι ένας απρωτικός διαλύτης με διηλεκτρική σταθερά 7,6. Είναι μέτρια πολικός διαλύτης και μπορεί να διαλύσει μια πλατιά ποικιλία μη πολικών και πολικών ενώσεων[9]. Το THF είναι, ακόμη, αναμείξιμο με το νερό. Μπορεί ακόμη να σχηματήσει στερεoύς υδρίτες (εγκλεισμού) με το νερό, σε χαμηλές θερμοκρασίες[10]. Παρόλο που είναι παρόμοιο με το διμεθυλαιθέρα, το THF είναι μια ισχυρότερη βάση[11].

Σε εργαστηριακή κλίμακα, το THF είναι δημοφιλής διαλύτης όταν η αναμειξιμότητά του με το νερό δεν αποτελεί ζήτημα. Είναι πιο βασικός από το διμεθυλαιθέρα και σχηματίζει ισχυρότερα σύμπλοκα με Li+, Mg2+ και με τα βοράνια. Είναι δημοφιλής διαλύτης για αντιδράσεις υδροβορίωσης και για οργανομεταλλικές ενώσεις, όπως οι οργανολιθιακές και οι οργανομαγνησιακές ενώσεις[12]. Έτσι, ενώ ο διαιθυλαιθέρας παραμένει προτιμητέος διαλύτης για κάποιες αντιδράσεις, το THF είναι καταλληλότερος διαλύτης όποτε ο σχηματισμός σταθερότερων συμπλόκων είναι επιθυμητός, και οι ακριβώς επιθυμητές αιθερικές ιδιότητες μπορούν να ρυθμιστούν με τη χρήση διαφόρων διαλυτικών μιγμάτων και θερμοκρασιών, που επιτρέπουν τη σωστή ρύθμιση των σύγχρονων χημικών αντιδράσεων.

Καθαρισμός[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τα εμπορικά δείγματα THF περιέχουν αναπόφευκτα κάποιες ποσότητες ύδατος, που πρέπει να αφαιρεθεί αν το THF προορίζεται για εμπλοκή του σε ορισμένες ευαίσθητες (στην παρουσία ύδατος) αντιδράσεις, για παράδειγμα αυτές που εμπλέκουν οργανομεταλλικές ενώσεις. Παρόλο που παραδοσιακά το THF ξηραίνεται με απόσταξη διαμέσου ισχυρού ξηραντικού μέσου , η χρήση μοριακών φίλτρψν είναι κατά πολύ ανώτερη σε αποτελεσματικότητα[13].

Αποξήρανση THF
Ξηραντικό μέσο Διάρκεια ξήρανσης Περιεκτικότητα

σε νερό

Κανένα 0 ώρες 108 ppm
Νάτριο/Βενζοφαινόνη 48 ώρες 43 ppm
3 A μοριακό φίλτρο (20% κατ' όγκο) 72 ώρες 4 ppm

Δυνητικές εφαρμογές και έρευνα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το THF έχει εξερευνηθεί ως αναμείξιμος συνδιαλύτης σε υδατικά διαλύματα για να βοηθήσει στην υγροποίηση και απολιγνινοποίηση σε μονάδες λιγνοκυτταρινικής βιομάζας για παραγωγή μιας ανανεώσιμης πλατφόρμας χημικών από σάκχαρα, ως δυνητικά πρόδρομες ουσίες για βιοκαύσιμα[14]. Το ένυδρο THF αυξάνει την υδρόλυση των γλυκανών από βιομάζα και διαλύει την πλειοψηφία της λιγνινικής βιομάζας, παρέχοντας έναν κατάλληλο διαλύτη για προετοιμασία βιομάζας.

Το THF εξερευνήθηκε, επίσης, από την επιστήμη πολυμερών. Για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διαλύει πολυμερή πριν από τον καθρισμό της μοριακής τους μάζας, χρησιμοποιώντας χρωματογραφία διαπέρασης πηκτής. Το THF διαλύει ακόμη και το PVC, και έτσι είναι ένα κύριο συστατικό σε κόλλες για PVC. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την υγροποίηση παλιού τσιμέντου PVC, και χρησιμοποιείται συχνά από τη βιομηχανία για την απογράσσωση μεταλλικών τμημάτων.

Το THF χρησιμοποιείται ως συστατικό για τις κινητές φάσεις σε υγρή χρωματογραφία αντίστροφης φάσης. Έχει μεγαλύτερη ισχύ έκλουσης σε σύγκριση με τη μεθανόλη, το προπενονιτρίλιο, αλλά χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά από αυτούς τους διαλύτες.

΄Αλλες εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το THF είναι επίσης πρόδρομη ύλη για την παραγωγή τετραϋδροθειοφαίνιο. Με την παρουσία ενός στερεού όξινου καταλύτη, το THF αντιδρά με υδρόθειο[15]:

Τετραϋδροφουράνιο\mathrm{+ H_2S \xrightarrow{}H_2O +} Tetrahydrothiophen.png

To 2-μεθυλοτετραϋδροφουράνιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το 2-μεθυλοτετραϋδροφουράνιο (2-MeTHF) έχει προωθηθεί ως ένα οικολογικά φιλικότερο εναλλακτικό του μητρικού THF[16]. Παρόλο που το 2-MeTHF είναι πιο δαπανηρό, προσφέρει μεγαλύτερη συνολική οικονομία διεργασιών. Το 2-MeTHF έχει διαλυτικές ιδιότητες ενδιάμεσες ανάμεσα στο διαιιθυλαιθέρα και το μητρικό THF, περιορισμένη αναμειξιμότητα με το νερό και σχηματίζει ένα αζεοτροπικό μίγμα με το τελευταίο. Η χαμηλότερη θερμοκρασία τήξης του το καθιστά χρήσιμο σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, ενώ η υψηλότερη θερμοκρασία βρασμού του το καθιστά επίσης χρησιμότερο και σε υψηλότερες θερμοκρασίες, πάντα σε σύγκριση με το μητρικό THF.

Προφυλάξεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το THF θεωρείται σχετικά μη τοξικός διαλύτης, με τη μέση θανατηφόρα δόση (LD50) συγκρίσιμη με εκείνη της προπανόνης. Αντικατοπτρίζοντας τις θαυμάσιες διαλυτικές του ιδιότητες, το THF διαπερνά το δέρμα, προκαλώντας ταχεία αφυδάτωση. Το THF διαλύει γρήγορα το λατέξ και τυπικά το προσωπικό που το χρησιμοποιεί χρησιμοποιεί νιτριλικά ή νεοπρενικά λαστιχένια γάντια. Είναι πολύ εύφλεκτο.

Ένας κίνδυνος που ενέχει η χρήση του THF είναι η τάση του να σχηματίζει πολύ εκρηκτικά υπεροξείδια, αν αποθηκευθεί εκτεθιμένο στον ατμοσφαιρικό αέρα:

Tetrahydrofuran peroxide formation.svg

Για την ελαχιστοποίηση αυτού του κινδύνου, στα εμπορικά δείγματα THF η οξείδωσή του παρεμποδίζεται με προσθήκη 2,6-δι(τριτοταγές βουτυλο)υδροξυτολουόλιου (BHT) , που λειτουργεί ως αντιοξειδωτικό. Το THF πρέπει να αποφεύγεται η απόσταξή του για ξήρανση, γιατί έτσι κατά τη διεργασία αυτή συμπυκνώνονται τα ατυχώς υπάρχοντα εκρηκτικά υπεροξείδια, με όποιους επιπλέον κινδύνους αυτό συνεπάγεται.

Αναφορές και παρατηρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. 2,0 2,1 Herbert Müller, "Tetrahydrofuran" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a26_221
  3. "Ethers, by Lawrence Karas and W. J. Piel". Kirk‑Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, Inc. 2004.
  4. Herbert Müller, "Tetrahydrofuran" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a26_221
  5. Merck Index of Chemicals and Drugs, 9th ed.
  6. Morrison, Robert Thornton; Boyd, Robert Neilson: Organic Chemistry, 2nd ed., Allyn and Bacon 1972, p. 569
  7. Donald Starr and R. M. Hixon (1943), "Tetrahydrofuran", Org. Synth.; Coll. Vol. 2: 566
  8. "Polyethers, Tetrahydrofuran and Oxetane Polymers by Gerfried Pruckmayr, P. Dreyfuss, M. P. Dreyfuss". Kirk‑Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, Inc. 1996.
  9. "Chemical Reactivity". Cem.msu.edu. Retrieved 2010-02-15.
  10. "FileAve.com" (PDF). Gashydrate.fileave.com. Retrieved 2010-02-15.
  11. Lucht, B.L.; Collum, D.B. (1999). "Lithium Hexamethyldisilazide: A View of Lithium Ion Solvation through a Glass-Bottom Boat". Accounts of Chemical Research 32: 1035–1042. doi:10.1021/ar960300e., and references therein.
  12. Elschenbroich, C.; Salzer, A. ”Organometallics : A Concise Introduction” (2nd Ed) (1992) Wiley-VCH: Weinheim. ISBN 3-527-28165-7
  13. Williams, D. B. G., Lawton, M., "Drying of Organic Solvents: Quantitative Evaluation of the Efficiency of Several Desiccants", The Journal of Organic Chemistry 2010, vol. 75, 8351. doi: 10.1021/jo101589h
  14. Cai, Charles; Zhang, Taiying; Kumar, Rajeev; Wyman, Charles (13 August 2013). "THF co-solvent enhances hydrocarbon fuel precursor yields from lignocellulosic biomass". Green Chemistry 15: 3140–3145. doi:10.1039/C3GC41214H.
  15. Jonathan Swanston "Thiophene" in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley-VCH, Weinheim, 2006. doi:10.1002/14356007.a26_793.pub2.
  16. "Greener Solvent Alternatives – Brochure" (PDF). Retrieved 2010-02-15.

Πηγές πληροφόησης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Παπαγεωργίου, Β.Π., Εφαρμοσμένη Οργανική Χημεία, Εκδόσεις Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 2005, ISBN 960-260-342-7
  2. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, «ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ», Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  3. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982
  4. Αναστάσιου Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  5. Καραγκιοζίδη Σ. Πολυχρόνη, «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά & Αγγλικά» Β΄ Έκδοση Θεσσαλονίκη 1991
  6. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, «Γενική Οργανική Χημεία», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985
  7. Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη, «Ειδικά Μαθήματα Οργανικής Χημείας», ΑΠΘ, θεσσαλονίκη 1983
  8. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Φαίδωνα Χατζημηχαλάκη, «Εργαστηριακός Οδηγός», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1986
  9. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη: «Χημεία Ετεροκυκλικών Ενώσεων», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985
  10. Διαδικτυακοί τόποι που αναφέρονται στις «Αναφορές και παρατηρήσεις».
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Tetrahydrofuran της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).