糠醛

糠醛（呋喃甲醛，英文：furfural）是一種工業用化學製品，可由各種農副產品中萃取，包括玉米穗軸、燕麥與小麥的麥麩和鋸木屑。furfural這個字取自於拉丁字的furfur，意思是麥麩，因為這是糠醛取得的來源。

糠醛
IUPAC名 Furan-2-carbaldehyde
别名	呋喃甲醛 糖醛
识别
CAS号	98-01-1
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
氣味	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]
蒸氣壓	2 mmHg（20 °C）^[1]
磁化率	−47.1×10^−6 cm^3/mol
危险性
爆炸極限	2.1–19.3%^[1]
PEL	TWA 5 ppm（20 mg/m^3，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。

糠醛是一種芳香族的醛，其環狀結構如右圖所示。其化學式為C₅H₄O₂。純糠醛是有杏仁味的無色的油狀液體，暴露於空氣中會快速變成黃色。

歷史

1832年，德國化學家Johann Wolfgang Döbereiner首先將糠醛分離出來。他在製取蟻酸的過程中萃取出微量的副產品，即糠醛。^[6] 在當時，蟻酸是用死亡的螞蟻蒸餾製取，Döbereiner用的螞蟻體內可能含有一些植物碎屑。1840年，蘇格蘭化學家约翰·斯登豪斯（英语：John Stenhouse）發現相同的化學品可以由許多種不同的農作物中蒸餾製取，他將玉米、燕麥、麥麩和鋸木屑分別放入稀硫酸中，檢測出該糠醛的實驗式為C₅H₄O₂。1901年，德國化學家卡爾·哈里斯（英语：Carl Harries）推論出糠醛結構。

在1922年桂格燕麥公司使用燕麥麩大规模制造以前，糠醛除了偶而用作芳香劑外，仍然是一個基本无人问津的化學品。現在，糠醛仍然由農副產品如甘蔗渣和玉米芯中製取。

性质

物理性质

糠醛的物性已在右表中列出。糠醛易於極性有機溶劑中溶解，但只微溶於水或烷烴中。

化学性质

糠醛可以和同種類化合物起反應，如乙醛和其他芳香化合物。芳香化合物糠醛穩定性比苯小，而且對氫化作用和其他加成反應的活性都遠比其他芳香族化合物大。

當加熱至約250 ℃，糠醛會分解為呋喃和一氧化碳，有時會爆炸性的分解。

若與酸一起加熱，糠醛會發生不可逆反應，形成堅硬的熱固性樹脂。

製備

許多植物原料含有多醣半纖維素，而每個醣聚合物有5個碳原子。當與硫酸一起加熱時，半纖維素會水解而形成糖，主要為木糖。在同樣的酸和加熱條件下，木糖和其他五碳糖會脫水，失去3個水分子而變成糠醛。

C₅H₁₀O₅ → C₅H₄O₂ + 3 H₂O

在農副產品原料中，原植物體約有 10% 可以再回收製造糠醛。在反應混合中糠醛和水會一起蒸發，在凝結後即可分離。

全世界製造糠醛的總量為約450,000噸。中國是最大的生產地，大約佔全世界製造量的一半。

在實驗室中，糠醛可由玉米芯與稀硫酸回流來合成^[7]。

应用

糠醛用來作為石化煉製品中的溶劑，從其他碳氫化合物中提煉二烯烴，用於製造合成橡膠。

糠醛，以及其衍生糠醇，可與苯酚、丙酮、尿素反應製造樹脂。這種樹脂用於製造玻璃纖維、一些飛機零件和汽車製動器。

糠醛也是生產呋喃和四氫呋喃溶劑的原料。羥甲基糠醛已在各種各樣的熱加工食品中使用。

安全性

如果食用或吸入糠醛，會產生中毒現象，包括興奮，頭痛，頭昏，噁心，最後失去意識並因為呼吸衰竭而死亡。接觸糠醛會刺激皮膚和呼吸道，甚至造成肺積水。

長期的皮膚接觸會導致皮膚過敏，和特有的敏感性曬斑。在毒素研究中，糠醛會讓動物產生腫瘤、突變、肝臟與腎臟損壞。

參考文獻

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.