Tetrahidrofurano

Tetrahidrofurano (THF), o oxolano, es un compuesto orgánico con la fórmula (CH₂) ₄O. El compuesto se clasifica como compuesto heterocíclico, específicamente un éter cíclico. Es un líquido orgánico incoloro, miscible en agua y de baja viscosidad. Se utiliza principalmente como precursor de polímeros. Al ser polar y tener una amplia gama de líquidos, el THF es un solvente versátil.

Producción

Al año se producen unas 200.000 toneladas de tetrahidrofurano. El proceso industrial más utilizado consiste en la deshidratación catalizada por ácido del 1,4-butanodiol. Ashland/ISP es uno de los mayores productores de esta ruta química. El método es similar a la producción de éter dietílico a partir de etanol. El butanodiol se deriva de la condensación de acetileno con formaldehído seguida de hidrogenación. DuPont desarrolló un proceso para producir THF mediante la oxidación de n-butano a anhídrido maleico crudo, seguido de hidrogenación catalítica. Una tercera ruta industrial importante implica la hidroformilación de alcohol alílico seguida de hidrogenación a 1,4-butanodiol.

Otros métodos

El THF también se puede sintetizar mediante hidrogenación catalítica de furano. Esto permite que ciertos azúcares se conviertan en THF mediante digestión catalizada por ácido a furfural y descarbonilación a furano, aunque este método no se practica ampliamente. El THF es así derivable de recursos renovables.

Aplicaciones

Polimerización

En presencia de ácidos fuertes, el THF se convierte en un polímero lineal llamado poli(éter de tetrametileno) glicol (PTMEG), también conocido como óxido de politetrametileno (PTMO):

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Este polímero se utiliza principalmente para fabricar fibras elastoméricas de poliuretano como Spandex.

Como disolvente

La otra aplicación principal del THF es como disolvente industrial para el cloruro de polivinilo (PVC) y en barnices. Es un disolvente aprótico con una constante dieléctrica de 7,6. Es un solvente moderadamente polar y puede disolver una amplia gama de compuestos químicos polares y no polares. El THF es miscible en agua y puede formar estructuras sólidas de hidrato de clatrato con agua a bajas temperaturas.

El THF se ha explorado como codisolvente miscible en solución acuosa para ayudar en la licuefacción y deslignificación de la biomasa lignocelulósica vegetal para la producción de azúcares y productos químicos de plataforma renovables como posibles precursores de los biocombustibles. El THF acuoso aumenta la hidrólisis de los glucanos de la biomasa y disuelve la mayoría de la lignina de la biomasa, lo que lo convierte en un disolvente adecuado para el pretratamiento de la biomasa.

THF se usa a menudo en la ciencia de los polímeros. Por ejemplo, se puede utilizar para disolver polímeros antes de determinar su masa molecular mediante cromatografía de permeación en gel. El THF también disuelve el PVC y, por lo tanto, es el ingrediente principal de los adhesivos de PVC. Se puede usar para licuar cemento de PVC viejo y, a menudo, se usa industrialmente para desengrasar piezas metálicas.

THF se utiliza como componente de las fases móviles para la cromatografía líquida de fase inversa. Tiene una mayor fuerza de elución que el metanol o el acetonitrilo, pero se usa con menos frecuencia que estos solventes.

THF se usa como solvente en la impresión 3D cuando se usan plásticos PLA. Se puede usar para limpiar piezas de impresoras 3D obstruidas, así como al terminar impresiones para eliminar las líneas de extrusión y agregar brillo al producto terminado. Recientemente, el THF se usa como codisolvente para baterías de metal de litio, lo que ayuda a estabilizar el ánodo de metal.

Uso de laboratorio

En el laboratorio, el THF es un solvente popular cuando su miscibilidad con el agua no es un problema. Es más básico que el éter dietílico y forma complejos más fuertes con Li+, Mg2+ y boranos. Es un solvente popular para reacciones de hidroboración y para compuestos organometálicos como organolitio y reactivos de Grignard. Por lo tanto, mientras que el éter dietílico sigue siendo el solvente elegido para algunas reacciones (p. ej., reacciones de Grignard), el THF cumple esa función en muchas otras, donde es deseable una fuerte coordinación y las propiedades precisas de los solventes etéreos como estos (solos y en mezclas y en varias temperaturas) permite afinar las reacciones químicas modernas.

El THF comercial contiene una cantidad sustancial de agua que debe eliminarse para operaciones delicadas, p. los que involucran compuestos organometálicos. Aunque el THF se seca tradicionalmente por destilación de un desecante agresivo, los tamices moleculares son superiores.

Reacción con sulfuro de hidrógeno

En presencia de un catalizador ácido sólido, el THF reacciona con el sulfuro de hidrógeno para dar tetrahidrotiofeno.

La basicidad de Lewis

Estructura de VCl₃f)₃.

THF es una base de Lewis que se une a una variedad de ácidos de Lewis como I2, fenoles, trietilaluminio y bis(hexafluoroacetilacetonato)cobre(II). El THF se ha clasificado en el modelo ECW y se ha demostrado que no existe un orden único de intensidades de base. Muchos complejos son de la estequiometría MCl₃(THF)₃.

Precauciones

THF es un solvente no tóxico relativamente agudo, con una dosis letal media (LD₅₀) comparable a la de la acetona. Sin embargo, se sospecha que la exposición crónica causa cáncer. Como reflejo de sus notables propiedades disolventes, penetra en la piel provocando una rápida deshidratación. El THF disuelve fácilmente el látex y, por lo tanto, debe manipularse con guantes de caucho de nitrilo. Es altamente inflamable.

Un peligro que presenta el THF es su tendencia a formar el compuesto explosivo 2-hidroperoxitetrahidrofurano al reaccionar con el aire:

Para minimizar este problema, los suministros comerciales de THF a menudo se estabilizan con hidroxitolueno butilado (BHT). La destilación de THF a sequedad no es segura porque los peróxidos explosivos pueden concentrarse en el residuo.

Compuestos relacionados

Tetrahidrofuranos

Estructura química de la annonacina, una acetogenina.

Eribulin (nombre de marca: Halaven), un medicamento anticáncer que contiene THF comercial.

El anillo de tetrahidrofurano se encuentra en diversos productos naturales, incluidos los lignanos, las acetogeninas y los productos naturales de policétido. Se ha desarrollado una metodología diversa para la síntesis de THF sustituidos.

Oxolanos

El tetrahidrofurano pertenece a la clase de éteres cíclicos penticos llamados oxolanos. Hay siete estructuras posibles, a saber,

• Monoxolana, la raíz del grupo, sinónimo de tetrahidrofuran
• 1,3-dioxolane
• 1,2-dioxolane
• 1,2,4-trioxolane
• 1,2,3-trioxolane
• tetroxolane
• pentoxolane

Referencia general

• Loudon, G. Mark (2002). Química Orgánica (4a edición). Nueva York: Oxford University Press. p. 318. ISBN 9780981519432.