杂环化学与杂环化合物：高收率的四氢呋喃生产

3.1　四氢呋喃

四氢呋喃（THF）又称一氧五环、氧杂环戊烷、四亚甲基氧，为无色透明易挥发液体，有乙醚气味。凝固点-65℃，沸点66℃，闪点-15～21℃，相对密度0.888（21/4℃）。溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、苯、酯、烃类等多数有机溶剂。

四氢呋喃在化学反应和萃取时用做一种中等极性的非质子溶剂，四氢呋喃在储存时容易变成过氧化物。因此，商用的四氢呋喃经常是用BHT，即2，6-二叔丁基对甲酚来防止氧化。四氢呋喃可以通过氢氧化钠置于密封瓶中存放在暗处保存。四氢呋喃在加压下与氯化氢作用生成1，4-二氯丁烷。

3.1.1　生产方法

工业生产最早以糠醛为原料，将糠醛与蒸气的混合物通入填充锌-铬-锰金属氧化物（或钯）催化剂的反应器，于400～420℃脱去羰基而成呋喃；然后以骨架镍为催化剂，于80～120℃呋喃加氢制得四氢呋喃。该法生产1吨四氢呋喃，约需消耗3吨多糠醛。

工业化的方法有1，4-丁二醇催化脱水环合法，因为丁二醇是由乙炔和甲醛制得的，此法称雷由法（Reppe法）；利用氯丁橡胶单体氯丁二烯的副产物1，4-二氯丁烯生产四氢呋喃，称为二氯丁烯法；发展了以顺酐为原料的催化加氢法。

四氢呋喃的生产工艺有以下5种：

（1）糠醛法

由糠醛脱羰基生成呋喃，再加氢而得。糠醛主要由玉米芯等农副产品水解制造。该法污染严重，不利于大规模生产，已逐步被淘汰。

（2）顺酐催化加氢法

顺酐和氢气从底部进入内装镍催化剂的反应器，产物中四氢呋喃与γ-丁内酯比例可通过调整操作参数加以控制。反应产物与原料氢气冷却至50℃左右进入洗涤塔底部，使未反应的氢气及气态与液态产物分离，未反应的氢气及气态产物经洗涤后循环到反应器，液态产物经蒸馏而得四氢呋喃产品。该工艺可在0～（5∶1）范围内任意调整γ-丁内酯与四氢呋喃的比例，顺酐的单程转化率达100%，四氢呋喃选择性为85%～95%，产品含量达99.97%。该工艺具有催化剂性能好、流程简单、投资少等特点。

（3）1，4-丁二醇脱水环化法

工艺过程：向反应器中加入1087kg22%的硫酸水溶液，在100℃以110kg/h的速度加入1，4-丁二醇，塔顶温度维持在80℃，以大约110kg/h的速度从塔顶得到含有80%四氢呋喃的水溶液。加入5吨1，4-丁二醇后，从反应器中排除约70kg焦质。将焦质进行过滤，得到的硫酸水溶液可以重新使用，这一过程的四氢呋喃收率可以达到99%以上。硫酸是四氢呋喃工业生产中使用最早的催化剂，也是现今生产中应用较多的催化剂。此工艺技术成熟，工艺比较简单，反应温度较低，四氢呋喃收率较高，但硫酸易腐蚀设备，污染环境。

（4）二氯丁烯法

以1，4-二氯丁烯为原料，经水解生成丁烯二醇，再经催化加氢而得。1，4-二氯丁烯在氢氧化钠溶液中水解，110℃下生成丁烯二醇，离心分离去掉氯化钠，滤液在蒸发结晶器中浓缩，分离出碱金属羧酸盐，再在蒸馏塔中除去高沸物。将精制后的丁烯二醇送入反应器，以镍为催化剂，在80～120℃及一定压力下，丁烯二醇加氢生成丁二醇，蒸馏后进人环合反应器，在常压及120～140℃下于酸性介质中生成粗四氢呋喃，蒸馏脱水和脱高沸物，最后蒸馏得高纯四氢呋喃。此法操作简便，条件温和，收率高，催化剂用量少，可连续使用。

（5）丁二烯氧化法

以丁二烯为原料，经氧化得呋喃，再加氢而得。此法在国外已工业化。

3.1.2　主要用途

（1）用作色谱分析试剂，是合成尼龙66、农药苯丁锡的中间体，另外，可直接用于制合成纤维、合成树脂、合成橡胶，也是许多聚合材料、精密磁带和电镀工业的溶剂，还用于制己二腈、己二酸、己二胺、丁二酸、丁二醇、γ-丁内酯等，在医药工业上，可用于生产咳必清、黄体酮、利复霉素和用作制药溶剂等。

（2）四氢呋喃是一种重要的有机合成原料且是性能优良的溶剂，特别适用于溶解PVC、聚偏氯乙烯和丁苯胺，广泛用作表面涂料、防腐涂料、印刷油墨、磁带和薄膜涂料的溶剂，并用作反应溶剂，用于电镀铝液时可任意控制铝层厚度且光亮。四氢呋喃自身可缩聚（经阳离子引发开环再聚合）成聚四亚甲基醚二醇（PTMEG），也称四氢呋喃均聚醚。PTMEG与甲苯二异氰酸酯（TDI）制成耐磨、耐油、低温性能好、强度高的特种橡胶；与对苯二甲酸二甲酯和1，4-丁二醇制成嵌段聚醚聚酯弹性材料。相对分子质量为2000的PTMEG与对亚甲基双（4-苯基）二异氰酸酯（MDI）制成聚氨酯弹性纤维（氨纶，即SPANDEX纤维）、特种橡胶和一些特殊用途涂料的原料。在有机合成方面，用于生产四氢噻吩、1.4-二氯乙烷、2.3-二氯四氢呋喃、戊内酯、丁内酯和吡咯烷酮等。在医药工业方面，用于合成咳必清、利复霉素、黄体酮和一些激素药。THF经硫化氢处理生成四氢硫酚，可作燃料气中的臭味剂（识别添加剂）。THF还可用做合成革的表面处理剂。

3.2　糠醛

糠醛又称α-呋喃甲醛，为有苦杏仁味是无色油状液体，在光、热、空气和无机酸作用下颜色很快变成黄褐色，并发生树脂化。凝固点-38.7℃，沸点161.7℃，闪点60℃，相对密度1.1598（20/4℃），折光率1.5261。溶于水、丙酮、苯和甲苯等，与乙醇和乙醚混溶。易与蒸汽一同挥发。

3.2.1　化学性质

由于糠醛具有醛基、二烯基醚官能团，因此糠醛具有醛、醚、二烯烃等化合物的性质，特别是与苯甲醛性质相似。在一定条件下，糠醛能发生如下化学反应：

（1）糠醛经氧化制取顺丁烯二酸、顺丁烯二酸酐、糠酸、呋喃甲酸。

（2）在气相条件下，糠醛经触媒氧化生成失水苹果酸。

（3）糠醛加氢可制取糠醇、四氢化糠醇、甲基呋喃、甲基四氢呋喃。

（4）糠醛蒸汽与水蒸汽经适当的触媒脱碳后可制得呋喃。

（5）糠醛在强碱作用下发生康尼查罗反应，生成糠醇及糠酸钠。

（6）糠醛可在脂肪酸盐或有机碱的作用下发生柏琴反应，同酸酐缩合生成呋喃丙烯酸。

（7）糠醛与酚类化合物缩合生成热塑性树脂；与尿素、三聚氰胺缩合制造塑料；与丙酮缩合制取糠酮树脂。

3.2.2　制备制法

由农副产品秸杆、废料如玉米芯、米糠、棉籽壳等水蒸汽提取，将其中含的多缩戊糖在稀酸催化下水解为戊醛糖，进一步脱水环化成糠醛。

（1）一步法

一步法是戊聚糖水解和戊糖脱水生成糠醛两步反应，在同一个水解锅内一次完成的。一步法蒸汽消耗量大，糠醛的收率低，并产生大量的废渣。目前糠醛生产厂处理废渣的办法主要是采用煤渣混烧技术将糠醛废渣用作产生蒸汽的燃料。

（2）两步法

两步法是戊聚糖先在100℃左右水解生成戊糖，之后戊糖再在较高温度条件下脱水环化生成糠醛。20世纪40年代初，J.W.Dunning等较早对两步法制备工艺作了研究，使用了一套连续设备，以硫酸为催化剂，玉米芯为原料制备糠醛。第一步戊聚糖水解生成戊糖反应的条件温和，工艺已经很成熟，戊糖收率达到95%以上，两步法工艺研究的重点在于对第二步，即戊糖脱水环化生产糠醛的研究。

（3）生物质法

生物质含有大量半纤维素和纤维素，可以经酸水解生成糠醛或糠醛系列有机产物。利用汽油或柴油在水解过程中动态地直接萃取出部分糠醛及其他溶于油品中的水解产物，间接地增加了燃油的可使用量，达到“生产”生物液体燃油的目的。

3.2.3　主要用途

糠醛的化学性质活泼，可以通过氧化、缩合等反应制取众多的衍生物，是一种重要的有机化工产品，广泛应用于合成塑料、医药、农药等工业。

（1）糠醛是极好的有机溶剂，用于提炼高级润滑油和柴油；

（2）糠醛的衍生物有很高的附加值，糠醛是生产糠醇原料，糠醛在催化剂条件下加氢还原成糠醇，而糠醇是呋喃树脂的主要生产原料；

（3）糠醛是非常重要的有机化工中间体，可制备戊二醇、乙酰丙醇、戊二烯以及酮类和甲基四氢呋喃等，由糠醛制得1，6-己二胺［H2N-（CH2）6-NH2］，为制取尼龙66的原料；由糠醛制得的呋喃经电解还原，还可制成丁二醛，后者为生产药物阿托品的原料。

（4）许多糠醛的衍生物具有很强的杀菌能力。

（5）糠醛可代替甲醛与苯酚在酸或碱的催化下缩合，制造酚醛树脂。

3.3　糠酸

糠酸又称α-呋喃羧酸、2-呋喃甲酸或呋喃甲酸，为无色晶体。熔点133～134℃，沸点230～232℃。微溶于冷水，溶于热水、乙醇和乙醚。加热易升华。由糠醛经氧化而制得，或糠醛在浓碱液下生成糠醇和糠酸钠，稀酸中和得糠酸。可用作防腐剂、杀菌剂，也用于制造香料等。(www.xing528.com)

用呋喃甲醛为原料，经氧化或坎尼扎罗反应（Cannizzaro reaction）制取。用作有机合成中间体，以转化为酯、酰氯、酸酐、酰胺等衍生物。它们的物理常数分别为：甲酯沸点181～183℃，乙酯沸点196.8℃，酰氯沸点173℃，酸酐熔点73℃，酰胺熔点142℃。

3.4　顺丁二酸酐（见第二章节和第三章节）

顺丁二酸酐由糠醛氧化制得。

3.5　糠醇

糠醇又称α-呋喃甲醇、氧茂甲醇。为无色易流动液体，有特殊的气味和苦辣滋味，有毒！暴露于日光下和空气中会变成棕色或深红色。凝固点-29℃，沸点171℃，相对密度1.1296（20/4℃），。折光率1.4868。能与水混溶，但在水中不稳定，易溶于乙醇、乙醚、苯和氯仿，不溶于石油烃。

3.5.1　制备方法

糠醛在催化剂条件下加氢还原成糠醇。

3.5.2　主要用途

糠醇是一种重要的有机化工原料。糠醇可制乙酰内酸和各种性能的呋喃树脂。作为选择性溶剂，分散剂、润滑剂用于糠醇树脂，主要用于生产各种性能的呋喃树脂，糠醇脲醛树脂及酚醛树脂等。加氢可制四氢糠醇，是清漆、颜料的良好溶剂和火箭燃料。此外，还可用于合成纤维，橡胶，农药和铸造工业等。同时可制造增塑剂，耐寒性优于丁醇和辛醇的酯类。生产果糖酸钙。合成染料、医药的中间体，制造化学中间体，制作吡啶。

3.5.3　糠醇树脂

糠醇树脂为深褐色至黑色固体或液体，耐热性和耐水性都好，耐化学腐蚀性很强，除氧化酸之外，对酸、碱、盐和有机溶剂都有良好的抵抗力。其强度高，是木材、橡胶、金属和陶瓷等的良好粘合剂，用于制防腐涂料、胶泥和塑料、玻璃钢设备。

3.6　苯酚糠醛树脂

苯酚糠醛树脂树脂为深褐色至黑色固体，能在130～150℃长期保持流体状态，在180～200℃会固化成不溶不熔固化物。用于制特种塑料，也用于制粘合剂，用于粘合耐磨材料、铸型酚醛树脂、丙烯酸树脂、铝和其他无孔性材料等。

3.6.1　生产方法

（1）碱法

工业上制造糠醛苯酚树脂可在高压下进行：将糠醛80份，苯酚100份，氢氧化钠0.5～0.75份放入高压釜中，用压缩空气进行强烈搅拌。然后紧闭高压釜，以0.5～0.6Mpa蒸汽通入夹套进行加热，使釜内压力达0.45～0.55Mpa后将蒸汽关闭，使釜中温度借反应热继续上升，釜中压力也随之上升到1.0～1.2Mpa。夹套中可通入冷水或蒸汽保持釜内压力在0.8～1.0Mpa（相当于175～180℃）之间，反应40～60min，干燥温度为125～135℃，烘到树脂的软化点达80～85℃为止。

也可采用真空脱水至树脂滴落温度达100～105℃左右出料。

（2）酸法

3.6.2　压塑粉

产品D138：预热100～140℃，预热时间6～8min，模具加热160～180℃，保压时间0.6～1.0min/mm；用于制造日用电器绝缘构造，如开关、灯头以及日用器皿把手、电熨头把手等。

产品R128：可不经预热，但须进行预压放气1～2次，成型压力250kg/cm2，模具温度160～175℃，模压时间0.8～1.0min/mm；用于制造瓶盖、纽扣、水壶把手、高压锅把手等日用品制件。消耗定额：苯酚249kg，甲醛（包括糠醛）116kg。

3.7　糠脲醛树脂

糠脲醛树脂为糠醇改性脲醛树脂，俗名呋喃Ⅰ型树脂，为琥珀色或褐色透明性黏稠液体，属热固性树脂。常用固化剂为芳烃磺酸与工业磷酸的混合物。树脂的化学性能是遇酸即发生固化反应。主要做粘合剂，其收缩小，粘接力和耐热性较好。所制的砂芯热弯曲强度＞30kg/cm2，冷弯曲强度＞70kg/cm2，冷拉伸强度20～35kg/cm2。

（1）生产方法

（2）主要用途

主要用于铸造行业翻砂制芯用的粘结剂代替桐油、合成脂肪油等，其优点是硬化速度快，砂芯强度高，不易变形，铸件尺寸精确。并取消了含脂油芯中的芯骨及其他掺合料，也不需要热芯盒中的加热装置、铝制芯盒，缩短了工装周期和减少芯盒加工费用，生产率高。

3.8　糠酮树脂

糠酮树脂 学名糠醛丙酮树脂，俗名呋喃树脂，为一种褐色黏稠状液体，在苯磺酸、对氯苯磺酸等固化剂存在下可固化成热固性呋喃树脂固化物，其具有很好的耐酸、碱性、耐热性和良好的电绝缘性能。模压法制得的呋喃玻璃钢性能为：相对密度1.7，吸水率0.1%，马丁耐热＞300℃，拉伸强度2100kg/cm2，弯曲强度1500kg/cm2，压缩强度3500kg/cm2，冲击强度190kg·cm/cm2，体积电阻率2×1014Ω·cm，介电强度17.5千伏/mm，介电损耗角正切0.013，介电常数7.9，不耐氧化性介质。糠酮树脂玻璃钢主要用于酸、碱性较强的或酸碱交变的耐腐蚀介质设备。层压制品常用作化工防腐蛀槽衬里，与环氧树脂混合用于船舶螺旋桨防护涂层。生产方法：

3.9　糠酚醛树脂

糠酚醛树脂是糠醇改性酚醛树脂，为棕色黏稠液体，在固化剂存在下能固化成热固性塑料。在铸造芯砂、型砂方面是一种自硬粘接剂，造型尺寸较精确。树脂加入量一般为砂重的2.5～3%，固化剂加入量为砂重的0.5～1.5%，在常温和相对湿度不大于80%条件下，标准试样表面硬化时间为5～10分钟，24小时后其弯曲强度65kg/cm2。

生产方法：

3.10　速尿（Fursemide）

速尿通用名为呋塞米，利尿剂，适用于一、二级高血压，尤其是老年高血压或并发心衰者。临床上用于治疗心脏、肾性水肿，肝硬变腹水、降压等症。其利尿作用迅速、强大。

合成采用糠醛胺化后加氢还原的烷基化方法：

3.11　消心痛（Carvanil）

消心痛，又称硝酸异山梨醇酯。是长效冠状动脉扩张剂，为长效硝酸酯类抗心绞痛药，作用与硝酸甘油相似，但较持久（能维持4小时以上），口服后30分钟见效，含服2～3分钟见效。

3.12　呋喃西林（Furacin）

呋喃西林，又称呋喃新、呋喃星、硝基呋喃腙。为柠檬黄色细微结晶性粉末，无臭，味苦。熔点236～240℃（分解）。1份该品可溶于4200份水；590份乙醇，几乎不溶于乙醚、氯仿。饱和溶液的pH为6.0-6.5。日光下色渐变深。临床仅用作消毒防腐药，外用于治疗创伤、烧伤、化脓性皮炎、中耳炎、泪囊炎、阴道炎、膀胱冲洗、褥疮等。

兽药-呋喃西林也称呋喃星、硝基呋喃腙、呋喃新、硝呋醛，已被禁用。

3.13　呋喃丙胺（F-30066）

呋喃丙胺，化学名：5-硝基-2-呋喃亚甲基乙酰异丙胺。为非锑剂内服抗血吸虫病药物。

3.14　菲拉米特（Furamide）

菲拉米特为抗阿米巴原虫类药物，用于治疗无症状的包囊携带者和急慢性阿米巴痢疾等。α-溴代羰基（酮或者酯）化合物与含活泼氢的羧酸或者羧酸酯在碱性条件下环合制得。

3.15　呋喃抵阿米巴（Diloxanide furoate）

呋喃抵阿米巴，又称呋喃二氯散，用于治疗急、慢性阿米巴痢疾和阿米巴肝脓肿。制备方法：

3.16　倍可降（Baycarone）

倍可降，又称美夫西特、强速尿灵。一种利尿、降压药。制备方法：