糠醛

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、燕麦与小麦的麦麸和锯木屑。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  Y
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（水）	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。

糠醛是一种芳香族的醛，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

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

物理性质

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，但只微溶于水或烷烃中。

化学性质

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苯小，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 ℃，糠醛会分解为呋喃和一氧化碳，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

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

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。

糠醛也是生产呋喃和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

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

1. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. #0297. NIOSH.
2. 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. 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.