Тетрагидрофуран ( ТГФ ), или оксолан , представляет собой органическое соединение с формулой (CH2 ) 4O . Соединение классифицируется как гетероциклическое соединение , в частности циклический эфир . Это бесцветная, смешивающаяся с водой органическая жидкость с низкой вязкостью . В основном используется в качестве предшественника полимеров. [8] Будучи полярным и имея широкий диапазон жидких сред, ТГФ является универсальным растворителем . Он является изомером другого растворителя, бутанона .
Ежегодно производится около 200 000 тонн тетрагидрофурана. [9] Наиболее широко используемый промышленный процесс включает кислотно-катализируемую дегидратацию 1,4-бутандиола . Ashland/ISP является одним из крупнейших производителей этого химического маршрута. Метод аналогичен производству диэтилового эфира из этанола . Бутандиол получают путем конденсации ацетилена с формальдегидом с последующим гидрированием . [8] DuPont разработал процесс производства ТГФ путем окисления н -бутана до сырого малеинового ангидрида с последующим каталитическим гидрированием. [10] Третий основной промышленный маршрут включает гидроформилирование аллилового спирта с последующим гидрированием до 1,4-бутандиола .
ТГФ также может быть синтезирован путем каталитического гидрирования фурана . [11] [12] Это позволяет преобразовывать некоторые сахара в ТГФ посредством кислотно-катализируемого расщепления до фурфурола и декарбонилирования до фурана, [13] хотя этот метод не получил широкого распространения. Таким образом, ТГФ можно получать из возобновляемых ресурсов.
В присутствии сильных кислот ТГФ превращается в линейный полимер, называемый поли(тетраметиленэфир)гликолем (ПТМЭГ), также известный как политетраметиленоксид (ПТМО):
Этот полимер в основном используется для изготовления эластомерных полиуретановых волокон, таких как спандекс . [14]
Другое основное применение ТГФ — в качестве промышленного растворителя для поливинилхлорида (ПВХ) и в лаках . [8] Это апротонный растворитель с диэлектрической проницаемостью 7,6. Это умеренно полярный растворитель, который может растворять широкий спектр неполярных и полярных химических соединений. [15] ТГФ смешивается с водой и может образовывать твердые клатратные гидратные структуры с водой при низких температурах. [16]
ТГФ исследовался как смешивающийся сорастворитель в водном растворе для содействия разжижению и делигнификации растительной лигноцеллюлозной биомассы для производства возобновляемых платформенных химикатов и сахаров в качестве потенциальных прекурсоров биотоплива . [17] Водный ТГФ усиливает гидролиз гликанов из биомассы и растворяет большую часть лигнина биомассы, что делает его подходящим растворителем для предварительной обработки биомассы.
ТГФ часто используется в полимерной науке. Например, его можно использовать для растворения полимеров перед определением их молекулярной массы с помощью гель-проникающей хроматографии . ТГФ также растворяет ПВХ, и поэтому он является основным ингредиентом в клеях для ПВХ. Его можно использовать для разжижения старого ПВХ-цемента, а в промышленности его часто используют для обезжиривания металлических деталей.
ТГФ используется в качестве компонента в подвижных фазах для обращенно-фазовой жидкостной хроматографии . Он имеет большую силу элюирования, чем метанол или ацетонитрил , но используется реже, чем эти растворители.
THF используется в качестве растворителя в 3D-печати при печати с использованием PLA , PETG и подобных филаментов. Его можно использовать для очистки засоренных деталей 3D-принтера, удаления линий экструдера и придания блеска готовому изделию, а также для сварки печатных деталей растворителем.
В лабораторных условиях ТГФ является популярным растворителем, когда его смешиваемость с водой не является проблемой. Он более основный , чем диэтиловый эфир [18] , и образует более прочные комплексы с Li + , Mg 2+ и боранами . Он является популярным растворителем для реакций гидроборирования и для металлоорганических соединений, таких как литийорганические и реактивы Гриньяра . [19] Таким образом, в то время как диэтиловый эфир остается предпочтительным растворителем для некоторых реакций (например, реакции Гриньяра), ТГФ выполняет эту роль во многих других, где желательна сильная координация, а точные свойства эфирных растворителей, таких как эти (отдельно и в смесях и при различных температурах), позволяют точно настраивать современные химические реакции.
Коммерческий ТГФ содержит значительное количество воды, которую необходимо удалить для чувствительных операций, например, тех, которые связаны с металлоорганическими соединениями . Хотя ТГФ традиционно осушается путем перегонки из агрессивного осушителя, такого как элементарный натрий , молекулярные сита, как было показано, являются превосходными поглотителями воды. [20]
В присутствии твердого кислотного катализатора ТГФ реагирует с сероводородом, образуя тетрагидротиофен . [21]
ТГФ является основанием Льюиса, которое связывается с различными кислотами Льюиса, такими как I 2 , фенолами , триэтилалюминием и бис(гексафторацетилацетонато)медью(II) . ТГФ был классифицирован в модели ECW , и было показано, что не существует единого порядка силы оснований. [23] Многие комплексы имеют стехиометрию MCl 3 (ТГФ) 3 . [24]
ТГФ является относительно остро нетоксичным растворителем, средняя смертельная доза (LD 50 ) которого сопоставима с таковой для ацетона . Однако предполагается, что хроническое воздействие может вызывать рак. [5] [25] Отражая его замечательные свойства растворителя, он проникает в кожу, вызывая быстрое обезвоживание. ТГФ легко растворяет латекс, поэтому с ним следует работать в перчатках из нитрилового каучука . Он очень огнеопасен.
Одной из опасностей, которую представляет ТГФ, является его склонность к образованию взрывоопасного соединения 2-гидроперокситетрагидрофурана при реакции с воздухом:
Чтобы минимизировать эту проблему, коммерческие поставки ТГФ часто стабилизируются бутилированным гидрокситолуолом (БГТ). Перегонка ТГФ досуха небезопасна, поскольку взрывоопасные пероксиды могут концентрироваться в остатке.
Тетрагидрофурановое кольцо встречается в различных природных продуктах, включая лигнаны , ацетогенины и поликетидные природные продукты. [26] Для синтеза замещенных ТГФ были разработаны различные методологии. [27]
Тетрагидрофуран является одним из класса пентовых циклических эфиров, называемых оксоланами . Существует семь возможных структур, а именно, [28]
![{\displaystyle n\,{\ce {C4H8O}}\quad {\xrightarrow[{{\text{strong}} \atop {\text{acid}}}]{}}\quad {\bigl [}\!\!\!{\ce {-CH2CH2CH2CH2O -}}\!\!\!{\bigr ]}_{n}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1ec263360fef59fda69155ee527d1528b2944f4f)