퓨란(영어: furan)은 4개의 탄소 원자와 1개의 산소 원자로 구성된 5원자 방향족 고리로 이루어진 헤테로고리 유기 화합물이다. 이러한 고리를 가지고 있는 화합물들을 퓨란이라고 부르기도 한다.

퓨란
Full structural formula of furan
Skeletal formula showing numbering convention
Ball-and-stick model
Space-filling model
이름
우선명 (PIN)
Furan[1]
체계명
1,4-Epoxybuta-1,3-diene
1-Oxacyclopenta-2,4-diene
별칭
Oxole
Oxa[5]annulene
1,4-Epoxy-1,3-butadiene
5-Oxacyclopenta-1,3-diene
5-Oxacyclo-1,3-pentadiene
Furfuran
Divinylene oxide
식별자
3D 모델 (JSmol)
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.003.390
KEGG
UNII
성질
C4H4O
몰 질량 68.075 g·mol−1
겉보기 Colorless, volatile liquid
밀도 0.936 g/mL
녹는점 −85.6 °C (−122.1 °F; 187.6 K)
끓는점 31.3 °C (88.3 °F; 304.4 K)
-43.09·10−6 cm3/mol
위험
물질 안전 보건 자료 Pennakem
R-phrases (outdated) R26/27/28, R45
S-phrases (outdated) S16, S37, S45, S28
NFPA 704 (파이어 다이아몬드)
Flammability code 4: Will rapidly or completely vaporize at normal atmospheric pressure and temperature, or is readily dispersed in air and will burn readily. Flash point below 23 °C (73 °F). E.g. propaneHealth code 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g. chlorine gasReactivity code 1: Normally stable, but can become unstable at elevated temperatures and pressures. E.g. calciumSpecial hazards (white): no codeNFPA 704 four-colored diamond
4
3
1
인화점 −69 °C (−92 °F; 204 K)
390 °C (734 °F; 663 K)
폭발 한계 Lower: 2.3%
Upper: 14.3% at 20 °C
반수 치사량 또는 반수 치사농도 (LD, LC):
> 2 g/kg (rat)
관련 화합물
Pyrrole
Thiophene
관련 화합물
Tetrahydrofuran (THF)
2,5-Dimethylfuran
Benzofuran
Dibenzofuran
구조
C2v
달리 명시된 경우를 제외하면, 표준상태(25 °C [77 °F], 100 kPa)에서 물질의 정보가 제공됨.
예 유효성 확인 (관련 정보 예아니오아니오)
정보상자 각주

퓨란은 끓는점이 실온에 가까운 무색의 가연성휘발성 액체이다. 퓨란은 알코올, 에터아세톤을 포함한 일반적인 유기 용매에 용해되어, 에 약간 용해된다.[2] 퓨란은 에터와 클로로포름과 같은 강한 냄새가 난다.[3] 퓨란은 독성이 있으며 사람에게 발암물질일 수 있다. 퓨란은 다른 특수 화합물들의 합성을 위한 출발 물질로 사용된다.[4]

역사편집

"퓨란(furan)"이라는 이름은 "(bran)"를 의미하는 라틴어 "furfur"에서 유래하였다.[5] 1780년에 칼 빌헬름 셸레에 의해 설명된 최초의 퓨란 유도체는 2-푸로산이었다. 또 다른 중요한 유도체인 푸르푸랄은 1831년에 요한 볼프강 되베라이너에 의해 보고되었으며, 1840년에 존 스텐하우스에 의해 특징지어졌다. 퓨란 자체는 1870년에 하인리히 림프리히트에 의해 최초로 제조되었지만, 림프리히트는 퓨란을 "테트라페놀"이라고(마치 페놀(C6H6O)의 4탄소 유사체인 것처럼) 불렀다.[6][7]

생성편집

산업적으로 퓨란은 푸르푸랄팔라듐 촉매 탈카보닐화 또는 1,3-뷰타다이엔구리 촉매 산화에 의해 제조된다.[4]

 
퓨란의 제조 과정

실험실에서 퓨란은 푸르푸랄에서 2-푸로산으로 산화된 후 탈카복실화하여 얻을 수 있다.[8] 또한 퓨란은 오탄당 함유 물질 및 셀룰로스 고체 특히 소나무의 열분해에 의해 직접적으로 제조될 수 있다.

퓨란의 합성편집

많은 합성 방법들이 개발되었지만, 페이스트-베나리 합성은 퓨란을 합성하는 고전적인 방법이다.[9] 퓨란 합성을 위한 가장 간단한 합성 방법들 중 하나는 팔-크노르 합성에서 1,4-다이케톤오산화 인(P2O5)의 반응이다. 로손 시약과 1,4-다이케톤의 싸이오펜 형성 반응은 부산물로 퓨란을 생성한다. 치환된 퓨란을 합성하기 위한 많은 경로들이 존재한다.[10]

화학편집

퓨란은 산소 원자에 있는 고립 전자쌍 중 하나가 고리에서 비편재화되어 벤젠과 유사한 4n + 2 방향족 시스템(휘켈 규칙)을 생성하기 때문에 방향족이다. 방향족성으로 인해 분자는 평면 구조이고, 개별적인 이중 결합은 없다. 산소 원자의 다른 고립 전자쌍은 고리 시스템의 평면에서 연장된다. sp2 혼성화는 산소의 고립 전자쌍 중 하나가 p 오비탈에 상주하도록 하여 π 시스템 내에서 상호작용 할 수 있게 한다.

방향족성으로 인해 퓨란의 행동은 테트라하이드로퓨란과 같은 보다 전형적인 헤테로고리 에터의 행동과는 상당히 다르다.

  • 산소 헤테로 원자의 전자 공여 효과로 인해 퓨란은 친전자성 치환 반응에서 벤젠보다 반응성이 크다. 공명 구조를 조사하면 고리의 전자 밀도가 증가하여 친전자성 치환 속도가 증가함을 알 수 있다.[11]
 
퓨란의 공명 구조
  • 퓨란은 에틸 (E)-3-나이트로아크릴레이트와 같은 전자가 결핍된 친다이엔체와의 딜스-알더 반응에서 다이엔으로 역할을 한다.[12] 반응 생성물은 엔도 이성질체를 선호하는 이성질체들의 혼합물이다.
 
퓨란과 에틸 (E)-3-나이트로아크릴레이트의 딜스-알더 반응
퓨란과 아린의 딜스-알더 반응은 다른 다환 방향족 화합물의 합성에서 유용한 중간생성물인 다이하이드로나프탈렌의 유도체를 생성한다.[13]
 
퓨란과 벤진의 반응

안전성편집

퓨란은 열처리된 상업용 식품에서 발견되며, 천연 식품 성분의 열분해를 통해 생성된다.[15][16] 퓨란은 볶은 커피, 인스턴트 커피 및 가공 영유아식에서 발견된다.[16][17][18] 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.[19]

음식물로부터 사람 노출 예상 수준의 약 2,000배 용량의 퓨란에 노출되면 쥐에서 간세포 종양 및 담관 종양의 위험이 증가한다.[20] 따라서 퓨란은 발암물질로 분류된다.[20]

같이 보기편집

각주편집

  1. 《Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book)》. Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2014. 392쪽. doi:10.1039/9781849733069-FP001. ISBN 978-0-85404-182-4. 
  2. Jakubke, Hans Dieter; Jeschkeit, Hans (1994). 《Concise Encyclopedia of Chemistry》. Walter de Gruyter. 1–1201쪽. ISBN 0-89925-457-8. 
  3. DHHS (NIOSH) Publication No. 2016–171, p. 2, Accessed Nov 2019
  4. Hoydonckx, H. E.; Van Rhijn, W. M.; Van Rhijn, W.; De Vos, D. E.; Jacobs, P. A., 〈Furfural and Derivatives〉, 《울만 공업화학 백과사전(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry)》, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a12_119.pub2 
  5. Senning, Alexander (2006). 《Elsevier's Dictionary of Chemoetymology》. Elsevier. ISBN 0-444-52239-5. 
  6. Limpricht, H. (1870). “Ueber das Tetraphenol C4H4O”. 《Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft》 3 (1): 90–91. doi:10.1002/cber.18700030129. 
  7. Rodd, Ernest Harry (1971). 《Chemistry of Carbon Compounds: A Modern Comprehensive Treatise》. Elsevier. 
  8. Wilson, W. C. (1941). “Furan”. 《Organic Syntheses》. ; 《Collective Volume》 1, 274쪽 
  9. Hou, X. L.; Cheung, H. Y.; Hon, T. Y.; Kwan, P. L.; Lo, T. H.; Tong, S. Y.; Wong, H. N. (1998). “Regioselective syntheses of substituted furans”. 《Tetrahedron》 54 (10): 1955–2020. doi:10.1016/S0040-4020(97)10303-9. 
  10. Katritzky, Alan R. (2003). “Synthesis of 2,4-disubstituted furans and 4,6-diaryl-substituted 2,3-benzo-1,3a,6a-triazapentalenes” (PDF). 《Arkivoc》 2004 (2): 109. doi:10.3998/ark.5550190.0005.208. 
  11. Bruice, Paula Y. (2007). 《Organic Chemistry》 5판. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-196316-0. 
  12. Masesane, I.; Batsanov, A.; Howard, J.; Modal, R.; Steel, P. (2006). “The oxanorbornene approach to 3-hydroxy, 3,4-dihydroxy and 3,4,5-trihydroxy derivatives of 2-aminocyclohexanecarboxylic acid”. 《Beilstein Journal of Organic Chemistry》 2 (9): 9. doi:10.1186/1860-5397-2-9. PMC 1524792. PMID 16674802. 
  13. Filatov, M. A.; Baluschev, S.; Ilieva, I. Z.; Enkelmann, V.; Miteva, T.; Landfester, K.; Aleshchenkov, S. E.; Cheprakov, A. V. (2012). “Tetraaryltetraanthra[2,3]porphyrins: Synthesis, Structure, and Optical Properties” (PDF). 《J. Org. Chem.》 77 (24): 11119–11131. doi:10.1021/jo302135q. PMID 23205621. 
  14. Harreus, Albrecht Ludwig, 〈Pyrrole〉, 《울만 공업화학 백과사전(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry)》, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a22_453 
  15. Anese, M.; Manzocco, L.; Calligaris, S.; Nicoli, M. C. (2013). “Industrially Applicable Strategies for Mitigating Acrylamide, Furan and 5-Hydroxymethylfurfural in Food” (PDF). 《Journal of Agricultural and Food Chemistry》 61 (43): 10209–14. doi:10.1021/jf305085r. PMID 23627283. 
  16. Moro, S.; Chipman, J. K.; Wegener, J. W.; Hamberger, C.; Dekant, W.; Mally, A. (2012). “Furan in heat-treated foods: Formation, exposure, toxicity, and aspects of risk assessment” (PDF). 《Molecular Nutrition & Food Research》 56 (8): 1197–1211. doi:10.1002/mnfr.201200093. hdl:1871/41889. PMID 22641279. 
  17. European Food Safety Authority (2011). “Update on furan levels in food from monitoring years 2004–2010 and exposure assessment”. 《EFSA Journal》 9 (9): 2347. doi:10.2903/j.efsa.2011.2347.   
  18. Waizenegger, J.; Winkler, G.; Kuballa, T.; Ruge, W.; Kersting, M.; Alexy, U.; Lachenmeier, D. W. (2012). “Analysis and risk assessment of furan in coffee products targeted to adolescents”. 《Food Additives & Contaminants: Part A》 29 (1): 19–28. doi:10.1080/19440049.2011.617012. PMID 22035212. 
  19. “Espresso makers: Coffee in capsules contains more furan than the rest”. 《Science Daily》. 2011년 4월 14일. 
  20. Bakhiya, N.; Appel, K. E. (2010). “Toxicity and carcinogenicity of furan in human diet” (PDF). 《Archives of Toxicology》 84 (7): 563–578. doi:10.1007/s00204-010-0531-y. PMID 20237914. 

외부 링크편집