2,5-dimethylfuraan

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
2,5-dimethylfuraan
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van 2,5-dimethylfuraan
Structuurformule van 2,5-dimethylfuraan
Algemeen
Molecuulformule
     (uitleg)
C6H8O
IUPAC-naam 2,5-dimethylfuraan
Andere namen dimethylfuraan, DMF
Molmassa 96,13 g/mol
SMILES
Cc1ccc(o1)C
InChI
1/C6H8O/c1-5-3-4-6(2)7-5/h3-4H,1-2H3
CAS-nummer 625-86-5
EG-nummer 210-914-3
PubChem 12266
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Ontvlambaar Schadelijk
Gevaar[1]
H-zinnen H225 - H302
EUH-zinnen geen
P-zinnen P210
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand vloeibaar
Dichtheid 0,8897 g/cm³
Smeltpunt -62 °C
Kookpunt 92-94 °C
Vlampunt -1[2] °C
Zelfontbrandings- temperatuur 285,85[3] °C
Onoplosbaar in water
Brekingsindex 1,442[2] (589 nm, 20 °C)
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

2,5-dimethylfuraan (kortweg: dimethylfuraan) is een heterocyclische verbinding met als brutoformule C6H8O. De naam van de stof wordt vaak afgekort tot DMF, al moet bij het gebruik van deze afkorting wel opgelet worden dat verwarring met dimethylformamide niet kan optreden. Dit furaanderivaat biedt perspectieven als biobrandstof: de productie vanuit cellulose is relatief eenvoudig.

Productie[bewerken]

Fructose kan worden omgezet in 2,5-dimethylfuraan via een katalytisch biomassa-naar-vloeistofproces. Hydroxymethylfurfural is in deze omzetting een belangrijke tussenstap.[4][5] Fructose op zijn beurt kan verkregen worden uit glucose, de bouwsteen van cellulose.[6][7]

2,5-dimethylfuraan als biobrandstof[bewerken]

Als biobrandstof heeft 2,5-dimethylfuraan een aantal gunstige eigenschappen:

  • Chemisch gezien is de stof stabiel.
  • De energiedichtheid is 40% groter dan die van ethanol, waarmee het vergelijkbaar is met benzine.
  • De verdamping van 2,5-dimethylfuraan, noodzakelijke stap in de zuivering na productie, kost slechts 2/3 van de energie die voor een gelijke hoeveelheid ethanol nodig is,[4][8] hoewel het kookpunt zo'n 14°C hoger ligt.
  • 2,5-dimethylfuraan is onoplosbaar in water, wat omgekeerd betekent dat geen vocht uit de atmosfeer geabsorbeerd wordt.

De mogelijkheid om 2,5-dimethylfuraan snel en efficiënt te produceren op basis van fructose uit fruit en wortelgewassen, of uit glucose afkomstig uit zetmeel en cellulose - stoffen die ruim voorhanden zijn in de natuur - maken 2,5-dimethylfuraan een aantrekkelijke biobrandstof, hoewel een aantal veiligheidsaspecten nog wel opgelost moeten worden. Bio-ethanol en biodiesel vormen vooralsnog het leeuwendeel van de vloeibare biobrandstoffen.

De stoichiometrische lucht/brandstofverhouding voor 2,5-dimethylfuraan is 10,72 waar ethanol een waarde heeft van 8,95 en benzine 14,56 noteert.[3] Dit wil zeggen dat bij de verbranding van 2,5-dimethylfuraan ongeveer 33% minder lucht nodig is dan voor de zelfde hoeveelheid benzine, en ongeveer 20% meer lucht dan voor ethanol.

De specifieke energie van 2,5-dimethylfuraan bedraagt 33,7 MJ/kg, een middenwaarde vergeleken met ethanol (26,9 MJ/kg) en benzine (43,2 MJ/kg).[3] Het octaangetal van 2,5-dimethylfuraan is 119.[3] De verdampingswarmte bij 20 °C is 31,91 kJ/mol.[3] In een één-cilindermotor blijken 2,5-dimethylfuraan en benzine met het zelfde rendement te verbranden.[9]

Andere toepassingen[bewerken]

Met behulp van 2,5-dimethylfuraan kan singletzuurstof worden aangetoond, een eigenschap die wordt gebruikt deze vorm van zuurstof aan te tonen in oppervlaktewater. De bepaling berust op de Diels-Alder reactie tussen singletzuurstof en 2,5-dimethylfuraan, gevolgd door hydrolyse, waarbij uiteindelijk 3-hexeen-2,5-dion (in onderstaande figuur als diacetyletheen aangeduid) en waterstofperoxide worden gevormd. Ook het verwante furfurylalcohol is voor dit doel toegepast.[10]

Dimethylfuran reaction with singlet oxygen.png

2,5-dimethylfuraan is ook voorgesteld als interne standaard voor proton-NMR. Het geeft twee singletten in zijn 1H-NMR-spectrum: een bij 2,2 (de methylgroepen) en een bij 5,8 ppm (de vinylische protonen) ten opzichte van TMS. De onderlinge intensiteitsverhouding van de twee signalen komt goed overeen met de verwachte waarde en ook de positie geeft weinig problemen (overlap) met andere signalen.

2,5-dimethylfuraan is met een kookpunt van 92°C (geen te snelle verdamping) als oplosmiddel goed bruikbaar. Dit kookpunt is toch zo laag dat 2,5-dimethylfuraan ook makkelijk via indampen of met behulp van een rotatiefilmverdamper uit een reactiemengsel te verwijderen is.[11]

2,5-dimethylfuraan in voedsel[bewerken]

2,5-dimethylfuraan ontstaat tijdens de thermische ontleding van sommige suikers en is in zeer kleine hoeveelheden in gekarameliseerde suikers aangetroffen.[12]

Toxicologie[bewerken]

Samen met hexaan-2,5-dion en 4,5-dihydroxy-2-hexanon speelt 2,5-dimethylfuraan een rol in het menselijk metabolisme van hexaan. Als zodanig speelt het een rol in de neurotoxiciteit van dit alkaan.[13]

2,5-dimethylfuraan is aangetoond als een van de componenten in sigarenrook, die een (wel is waar klein) negatief effect hebben op de trilharen van longen en bronchi. Deze trilharen hebben een functie bij het verwijderen van lichaamsvreemde deeltjes.[14] De concentratie 2,5-dimethylfuraan in bloed kan gebruikt worden als biomarker van het rookgedrag.[15]

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Online catalogus van Sigma Aldrich, geraadpleegd op 24 april 2013.
  2. a b   ChemExpert geraadpleegd op 26 maart 2013
  3. a b c d e   DMF als biobrandstof geraadpleegd op 26 maart 2013
  4. a b Yuriy Román-Leshkov, Christopher J. Barrett, Zhen Y. Liu, James A. Dumesic:  Production of dimethylfuran for liquid fuels from biomass-derived carbohydrates  Nature  447  (7147)  pag. 982 – 985 (2007) DOI:10.1038/nature05923  
  5. Matt McGrath:  Fruit could make 'powerful fuel'  - BBC news (21 juni 2007)  (2007) Internet geraadpleegd op 26 maart 2013
  6. Haibo Zhao, Johnathan E. Holladay, Heather Brown, Z. Conrad Zhang:  Metal Chlorides in Ionic Liquid Solvents Convert Sugars to 5-Hydroxymethylfurfural  Science  316  (5831)  pag. 1597 – 1600 (2007) DOI:10.1126/science.1141199  
  7.   Plastic that grows on trees  - Pacific Northwest National Laboratory (21 juni 2007)  (2007) Internet geraadpleegd op mmmm
  8. James Beal:  Engineers develop higher-energy liquid-transportation fuel from sugar  - University of Wisconsin-Madison (22 juni 2007)  Internet geraadpleegd op 26 maart 2013
  9.   Directinjection engine study finds that dmf is a promising biofuel geraadpleegd op 8 april 2013
  10. Patrick L. Brezonik:  Chemical Kinetics and Process Dynamics in Aquatic Systems  - CRC Press  pag. 671 (1994) Internet ]
  11. S.W. Gerritz, A.M. Sefler:  2,5-Dimethylfuran (DMFu): An Internal Standard for the "Traceless" Quantitation of Unknown Samples via 1H NMR  J.Comb.Chem.  2  (1)  pag. 39 – 41 (2000) DOI:10.1021/cc990041v  
  12. W.D. Powrie, C.H. Wu, V.P. Molund:  Browning reaction systems as sources of mutagens and antimutagens  [Environmental Health Perspectives  67  pag. 47 – 54 (1986) DOI:10.2307/3430317  
  13. Peter Arlien-Søborg:  Solvent Neurotoxicity  - CRC Press  (1992) ISBN 0-8493-6234-2  Internet
  14. Donald Shopland:  Cigars: Health Effects and Trends  - DIANE Publishing  Internet geraadpleegd op 8 april 2013
  15. (1996). Using the blood concentration of 2,5-dimethylfuran as a marker for smoking. International Archives of Occupational and Environmental Health 68 (3): 183–7 . PMID:8919847. DOI:10.1007/BF00381629.