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Tetrahidrofurano

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El tetrahidrofurano ( THF ), u oxolano , es un compuesto orgánico con la fórmula (CH₂ ) ₄O . El compuesto se clasifica como un compuesto heterocíclico , específicamente un éter cíclico . Es un líquido orgánico incoloro, miscible en agua y de baja viscosidad . Se utiliza principalmente como precursor de polímeros. [ 8 ] Al ser polar y tener un amplio rango de temperatura en estado líquido, el THF es un disolvente versátil . Es un isómero de otro disolvente, la butanona .

Producción

Se producen anualmente alrededor de 200.000 toneladas de tetrahidrofurano. [ 9 ] El proceso industrial más utilizado implica la deshidratación catalizada por ácido del 1,4-butanodiol . Ashland/ISP es uno de los mayores productores de esta ruta química. El método es similar a la producción de éter dietílico a partir de etanol . El butanodiol se deriva de la condensación de acetileno con formaldehído seguida de hidrogenación . [ 8 ] DuPont desarrolló un proceso para producir THF mediante la oxidación de n -butano a anhídrido maleico crudo , seguido de hidrogenación catalítica. [ 10 ] Una tercera ruta industrial importante implica la hidroformilación de alcohol alílico seguida de hidrogenación a 1,4-butanodiol.

Otros métodos

El THF también puede sintetizarse mediante hidrogenación catalítica de furano . [ 11 ] [ 12 ] Esto permite convertir ciertos azúcares en THF mediante digestión catalizada por ácido a furfural y descarbonilación a furano, [ 13 ] aunque este método no se practica ampliamente. Por lo tanto, el THF se puede obtener a partir de recursos renovables.

Aplicaciones

Polimerización

En presencia de ácidos fuertes , el THF se convierte en un polímero lineal llamado poli(éter tetrametileno) glicol (PTMEG), también conocido como óxido de politetrametileno (PTMO):

nortedo4H8O→fuerteácido[−CH2CH2CH2CH2O−]norte{\displaystyle n\,{\ce {C4H8O}}\quad {\xrightarrow[{{\text{ácido fuerte}} \atop {\text{ácido}}}]{}}\quad {\bigl [}\!\!\!{\ce {-CH2CH2CH2CH2O -}}\!\!\!{\bigr ]}_{n}}

Este polímero se utiliza principalmente para fabricar fibras de poliuretano elastomérico como el spandex . [ 14 ]

Como disolvente

La otra aplicación principal del THF es como disolvente industrial para el cloruro de polivinilo (PVC) y en barnices . [ 8 ] Es un disolvente aprótico con una constante dieléctrica de 7,6. Es un disolvente moderadamente polar y puede disolver una amplia gama de compuestos químicos no polares y polares. [ 15 ] El THF es miscible en agua y puede formar estructuras de hidrato de clatrato sólido con agua a bajas temperaturas. [ 16 ]

Se ha explorado el THF como cosolvente miscible en solución acuosa para ayudar en la licuefacción y deslignificación de biomasa lignocelulósica vegetal para la producción de productos químicos de plataforma renovables y azúcares como precursores potenciales de biocombustibles . [ 17 ] El THF acuoso aumenta la hidrólisis de glicanos de la biomasa y disuelve la mayor parte de la lignina de la biomasa, lo que lo convierte en un solvente adecuado para el pretratamiento de la biomasa.

El THF se utiliza frecuentemente en la ciencia de los polímeros. Por ejemplo, se puede usar para disolver polímeros antes de determinar su masa molecular mediante cromatografía de permeación en gel . El THF también disuelve el PVC, por lo que es el ingrediente principal de los adhesivos de PVC. Se puede usar para licuar cemento de PVC antiguo y se emplea a menudo en la industria para desengrasar piezas metálicas.

El THF se utiliza como componente de las fases móviles en la cromatografía líquida de fase inversa . Tiene mayor poder de elución que el metanol o el acetonitrilo , pero se utiliza con menos frecuencia que estos disolventes.

El THF se utiliza como disolvente en la impresión 3D con filamentos de PLA , PETG y similares. Puede emplearse para limpiar piezas obstruidas de la impresora 3D, eliminar las líneas del extrusor, dar brillo al producto final y soldar con disolvente las piezas impresas.

Uso en laboratorio

En el laboratorio, el THF es un disolvente popular cuando su miscibilidad con el agua no es un problema. Es más básico que el éter dietílico [ 18 ] y forma complejos más fuertes con Li + , Mg2 + y boranos . Es un disolvente popular para reacciones de hidroboración y para compuestos organometálicos como el organolitio y los reactivos de Grignard . [ 19 ] Por lo tanto, si bien el éter dietílico sigue siendo el disolvente de elección para algunas reacciones (por ejemplo, las reacciones de Grignard), el THF cumple esa función en muchas otras, donde se desea una fuerte coordinación y las propiedades precisas de los disolventes etéreos como estos (solos y en mezclas y a diversas temperaturas) permiten ajustar con precisión las reacciones químicas modernas.

El THF comercial contiene una cantidad considerable de agua que debe eliminarse para operaciones delicadas, como las que involucran compuestos organometálicos . Si bien tradicionalmente el THF se seca por destilación con un desecante agresivo como el sodio elemental , se ha demostrado que los tamices moleculares son excelentes para la eliminación de agua. [ 20 ]

Reacción con sulfuro de hidrógeno

En presencia de un catalizador ácido sólido , el THF reacciona con sulfuro de hidrógeno para dar tetrahidrotiofeno . [ 21 ]

basicidad de Lewis

Estructura de VCl 3 (thf) 3 . [ 22 ]

El THF es una base de Lewis que se une a diversos ácidos de Lewis como I₂ , fenoles , trietilaluminio y bis (hexafluoroacetilacetonato)cobre(II) . El THF se ha clasificado en el modelo ECW y se ha demostrado que no existe un orden único de fuerza básica. [ 23 ] Muchos complejos tienen la estequiometría MCl₃ ( THF) ₃ . [ 24 ]

Precauciones

El THF es un disolvente relativamente poco tóxico en dosis agudas, con una dosis letal media (DL50 ) comparable a la de la acetona . Sin embargo, se sospecha que la exposición crónica causa cáncer. [ 5 ] [ 25 ] Debido a sus notables propiedades disolventes, penetra la piel, causando una rápida deshidratación. Es altamente inflamable. El THF disuelve o penetra la mayoría de los materiales de guantes de polímero en un período de tiempo muy corto; solo los guantes laminados de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) son capaces de proteger contra él durante largos períodos de tiempo, de forma similar a la mayoría de las cetonas. [ 26 ] Los guantes recubiertos de alcohol polivinílico (PVA) pueden proporcionar protección durante casi una hora, pero debido a que el PVA es soluble en agua, solo son efectivos en ambientes de baja humedad y cuando se trabaja con disolventes anhidros. [ 27 ] Incluso los guantes de nitrilo o nitrilo-neopreno muy gruesos se degradan en menos de 10 minutos. [ 28 ]

Uno de los peligros que plantea el THF es su tendencia a formar peróxidos explosivos al reaccionar con el aire:

Para minimizar este problema, los suministros comerciales de THF suelen estabilizarse con butilhidroxitolueno (BHT). La destilación de THF hasta sequedad es peligrosa, ya que los peróxidos explosivos pueden concentrarse en el residuo.

Tetrahidrofuranos

Estructura química de la anonacina , una acetogenina .
Eribulina (nombre comercial: Halaven), un fármaco anticancerígeno comercial que contiene THF .

El anillo de tetrahidrofurano se encuentra en diversos productos naturales, incluidos lignanos , acetogeninas y productos naturales policétidos . [ 29 ] Se ha desarrollado una metodología diversa para la síntesis de THF sustituidos. [ 30 ]

Oxolanos

El tetrahidrofurano es uno de los anillos saturados de carbono/oxígeno de cinco miembros llamados oxolanos . Hay siete estructuras posibles, a saber, [ 31 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Nueva nomenclatura orgánica de la IUPAC - Boletín de información química" (PDF) .
  2. 1 2 3 4 5 6 Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos. "#0602" . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  3. 1 2 3 Baird, Zachariah Steven; Uusi-Kyyny, Petri; Pokki, Juha-Pekka; Pedegert, Emilie; Alopaeus, Ville (6 de noviembre de 2019). "Presiones de vapor, densidades y parámetros PC-SAFT para 11 biocompuestos" . Revista Internacional de Termofísica . 40 (11): 102. Bibcode : 2019IJT....40..102B . doi : 10.1007/s10765-019-2570-9 .
  4. ↑ Libro web de química del NIST. http://webbook.nist.gov
  5. 1 2 3 4 Registro de tetrahidrofurano en la base de datos de sustancias GESTIS del Instituto para la Seguridad y Salud Ocupacional , consultado el 2 de junio de 2020.
  6. 1 2 "Tetrahidrofurano" . Concentraciones inmediatamente peligrosas para la vida o la salud . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional .
  7. "New Environment Inc. - Productos químicos NFPA" . Newenv.com . Consultado el 16 de julio de 2016 .
  8. ^ Müller , Herbert . "Tetrahidrofurano". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a26_221 . ISBN 978-3-527-30673-2.
  9. ↑ Karas, Lawrence; Piel, WJ (2004). "Éteres". Enciclopedia Kirk-Othmer de Tecnología Química . John Wiley & Sons.
  10. ↑ Budavari, Susan, ed. (2001). The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals (13.ª ed.). Merck. ISBN  0911910131.
  11. ↑ Morrison, Robert Thornton; Boyd, Robert Neilson (1972). Química orgánica (2.ª ed.). Allyn and Bacon. pág. 569.  
  12. ↑ Starr, Donald; Hixon, RM (1943). "Tetrahidrofurano" . Síntesis orgánicas .; Volúmenes recopilados , vol. 2, pág. 566  .
  13. ^ Hoydonckx, ÉL; Rhijn, WM Van; Rhijn, W. Van; Vos, DE De; Jacobs, PA (2007), "Furfural and Derivatives", Enciclopedia de química industrial de Ullmann , Sociedad Estadounidense del Cáncer, doi : 10.1002/14356007.a12_119.pub2 , ISBN 978-3-527-30673-2
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  16. ↑ "Estudio de mecanismos de hidratos de clatrato mediante RMN-RMN" (PDF) . Fileave.com . Archivado del original (PDF) el 11 de julio de 2011. Consultado el 15 de febrero de 2010 .
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Referencia general

  • Ficha Internacional de Seguridad Química 0578
  • Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos
  • Información de la OSHA de EE. UU. sobre THF archivada el 2 de mayo de 2017 en Wayback Machine.
  • "2-Metiltetrahidrofurano, una alternativa al tetrahidrofurano y al diclorometano" . Sigma-Aldrich . Consultado el 23 de mayo de 2007 .
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