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퓨란

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1. 개요

퓨란은 라틴어 "furfur"에서 유래된 이름으로, 2-푸로산과 푸르푸랄과 같은 유도체가 존재하며, 1870년 하인리히 림프리히트에 의해 처음으로 제조되었다. 산업적으로는 푸르푸랄의 탈카보닐화 또는 1,3-뷰타다이엔의 산화에 의해 생산된다. 퓨란은 방향족성을 가지며, 친전자성 치환 반응에 벤젠보다 더 반응성이 크다. 퓨란은 딜스-알더 반응, 수소화 반응, 아크마토비츠 반응 등 다양한 화학 반응을 나타낸다. 퓨란은 열처리된 식품에서 발견되며, 쥐에게 간세포 종양 및 담관 종양의 위험을 증가시켜 발암물질로 분류된다. 대한민국에서 환경 오염 물질로 언급되는 "퓨란"은 퓨란 고리를 가진 폴리염화디벤조퓨란(PCDF)을 의미한다.

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퓨란 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
퓨란의 완전 구조식
퓨란의 완전 구조식
번호 매기기 규칙을 보여주는 골격 구조식
번호 매기기 규칙을 보여주는 골격 구조식
공-막대 모델
공-막대 모델
공간 채우기 모델
공간 채우기 모델
IUPAC 명칭퓨란 (허용 관용명)
다른 이름옥솔 (oxole)
퓨르푸란 (furfuran)
퓨란 (furane, 오기)
디비닐렌 옥사이드 (divinylene oxide)
1,4-에폭시-1,3-부타디엔 (1,4-epoxy-1,3-butadiene)
1,4-에폭시부타-1,3-디엔 (1,4-epoxybuta-1,3-diene)
1-옥사사이클로펜타-2,4-디엔 (1-oxacyclopenta-2,4-diene)
5-옥사사이클로펜타-1,3-디엔 (5-oxacyclopenta-1,3-diene)
5-옥사사이클로-1,3-펜타디엔 (5-oxacyclo-1,3-pentadiene)
식별 정보
CAS 등록번호110-00-9
PubChem CID8029
ChemSpider ID7738
KEGGC14275
ChEMBL278980
ChEBI35559
RTECSLT8524000
UN 번호2389
UNIIUC0XV6A8N9
EC 번호203-727-3
Gmelin25716
Beilstein103221
SMILESc1ccoc1
InChI1/C4H4O/c1-2-4-5-3-1/h1-4H
InChIKeyYLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYAC
StdInChI1S/C4H4O/c1-2-4-5-3-1/h1-4H
StdInChIKeyYLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N
특성
분자식C₄H₄O
몰 질량68.07 g/mol
외관무색, 휘발성 액체
밀도0.936 g/mL
녹는점-85.6 °C
끓는점31.3 °C
자기 감수율-43.09·10−6 cm3/mol
위험성
인화점-36 °C
자동 발화점390 °C
폭발 한계하한: 2.3% (20 °C)
상한: 14.3% (20 °C)
NFPA 704건강: 3
화재: 4
반응성: 1
GHS 신호어위험
LD502 g/kg 이상 (쥐)
외부 SDSPennakem
관련 화합물
관련 헤테로 고리 화합물피롤
티오펜
기타 화합물테트라히드로퓨란 (THF)
2,5-다이메틸퓨란
벤조퓨란
다이벤조퓨란
2-퓨로산
구조
점군C2v

2. 역사

"퓨란"이라는 이름은 를 의미하는 라틴어 "furfur"에서 유래하였다.[32] 1780년에 칼 빌헬름 셸레는 최초의 퓨란 유도체인 2-푸로산을 발견하였다. 또 다른 중요한 유도체인 푸르푸랄은 1831년에 요한 볼프강 되베라이너가 발견하였고, 1840년에 존 스텐하우스가 그 특징을 규명했다. 퓨란 자체는 1870년에 하인리히 림프리히트가 최초로 제조하였으나, 림프리히트는 퓨란을 "테트라페놀"(마치 페놀의 4탄소 유사체인 것처럼)이라고 불렀다.[33][34]

3. 생성

산업적으로 퓨란은 푸르푸랄팔라듐 촉매를 이용한 탈카보닐화 반응 또는 1,3-뷰타다이엔의 구리 촉매 산화 반응으로 제조된다.[35][7]

퓨란의 제조 과정


실험실에서 퓨란은 푸르푸랄을 2-푸로산으로 산화시킨 후 탈카복실화하여 얻을 수 있다.[36][8] 또한 오탄당 함유 물질 및 셀룰로스 고체, 특히 소나무의 열분해로 직접 제조할 수도 있다.

3. 1. 퓨란의 합성

페이스트-베나리 합성은 퓨란을 합성하는 고전적인 방법이다.[37] 퓨란 합성을 위한 가장 간단한 합성 방법들 중 하나는 팔-크노르 합성에서 1,4-다이케톤과 오산화 인(P2O5)의 반응이다. 로손 시약과 1,4-다이케톤의 싸이오펜 형성 반응은 부산물로 퓨란을 생성한다. 치환된 퓨란을 합성하기 위한 많은 경로들이 존재한다.[38]

파이스트-베나리 합성은 퓨란을 합성하는 고전적인 방법이다. 이 반응은 1,3-다이케톤을 α-브로모케톤으로 알킬화한 다음 중간체인 하이드록시다이하이드로퓨란의 탈수를 포함한다.[9] 다른 전통적인 경로는 파알-노르 합성에서 케톤과 오산화 인 (P2O5)을 반응시키는 것이다.[10]

치환된 퓨란을 합성하는 많은 경로가 존재한다.[11][12]

4. 화학적 성질

퓨란은 산소 원자의 고립 전자쌍 중 하나가 고리 내로 비편재화되어 방향족을 나타낸다. 이는 휘켈 규칙을 따르는 4''n'' + 2 방향족 시스템을 생성하기 때문이다. 퓨란의 방향족성은 벤젠, 피롤, 싸이오펜과 비교했을 때 상대적으로 약하다. 공명 에너지는 각각 152, 88, 121, 67 kJ/mol (36, 21, 29, 16 kcal/mol)이다. 따라서 퓨란은 벤젠보다 덜 방향족적이며, 이는 고리의 불안정성에서 나타난다. 분자는 평면 구조를 가지지만, 산소에 부착된 C=C 그룹은 상당한 이중 결합 특성을 유지한다. 산소 원자의 다른 비공유 전자쌍은 평면 고리 시스템의 평면에 존재한다.

퓨란의 공명 구조


부분적인 방향족성을 띠기 때문에, 퓨란은 에놀 에테르와 방향족 고리의 중간 정도의 반응성을 갖는다. 이는 에테르인 테트라하이드로퓨란과는 다른 특성이다. 퓨란은 산소 헤테로 원자의 전자 공여 효과로 인해 벤젠보다 친전자성 치환 반응에 더 큰 반응성을 보인다. 공명 구조를 살펴보면 고리의 전자 밀도가 증가하여 친전자성 치환 속도가 증가함을 알 수 있다.[39]

퓨란은 딜스-알더 반응에서 다이엔으로 작용하여 다양한 고리 화합물을 생성할 수 있다. 예를 들어, 에틸 (''E'')-3-나이트로아크릴레이트와 같은 전자가 결핍된 다이에노필과의 반응에서 엔도 이성질체를 선호하는 이성질체 혼합물을 생성한다.[40]

퓨란과 에틸 (''E'')-3-나이트로아크릴레이트의 딜스-알더 반응


퓨란과 아린의 딜스-알더 반응은 다이하이드로나프탈렌 유도체를 생성하며, 이는 다른 다환 방향족 화합물 합성에 유용한 중간체이다.[41]

퓨란과 벤진의 반응


퓨란의 수소화 반응은 다이하이드로퓨란 및 테트라하이드로퓨란을 순차적으로 생성한다. 아크마토비츠 반응에서 퓨란은 다이하이드로피란 화합물로 전환된다.

피롤은 산업적으로 퓨란과 암모니아를 실리카(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)와 같은 고체산 촉매 존재 하에 반응시켜 제조할 수 있다.[42]

5. 퓨란 유도체

푸르푸랄 (C5H4O2), 히드록시메틸푸르푸랄 (C6H6O3) 등은 포르밀기나 히드록시메틸기가 치환된 대표적인 퓨란 유도체이다.

6. 안전성

퓨란은 열처리된 상업용 식품에서 발견되며, 천연 식품 성분의 열분해를 통해 생성된다.[43][44][18][19] 볶은 커피, 인스턴트 커피 및 가공 영유아식에서 발견된다.[44][45][46][19][20][21] 연구 결과에 따르면 에스프레소 메이커에서 제조된 커피와 캡슐로 제조된 커피는 기존 드립 커피 메이커에서 제조된 커피보다 퓨란이 더 많이 함유되어 있지만, 그 수준은 여전히 건강에 대해 안전한 범위 내에 있다.[47][22]

음식물로부터 사람 노출 예상 수준의 약 2,000배 용량의 퓨란에 노출되면 쥐에서 간세포 종양담관암의 위험이 증가한다.[48][23] 따라서 퓨란은 발암물질일 가능성이 있는 물질로 분류된다.[48][23]

7. 환경 오염

환경 오염 물질로 자주 언급되는 "퓨란"은 퓨란 자체가 아니라 퓨란 고리를 가진 디벤조퓨란 유도체인 폴리염화디벤조퓨란(PCDF)을 말한다.[1] PCDF는 폴리염화디벤조다이옥신(PCDD, 다이옥신)과 유사한 구조와 독성을 가지며, 다이옥신류에 포함된다.[1]

참조

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