Il furano è un monociclo pentatomico contenente l’ossigeno come eteroatomo che ha formula C4H4O ed è incolore, infiammabile, altamente volatile, con una temperature di ebollizione di 31°C.
Ha una struttura costituita da un anello a 5 membri contenente quattro atomi di carbonio e un atomo di ossigeno. Fu preparato per la prima volta dal chimico tedesco Heinrich Limpricht nel 1870.
Proprietà del furano
E’ solubile nei solventi organici come etanolo , etere e acetone, ma è insolubile in acqua.
E’ una sostanza tossica potenzialmente cancerogena. Il furano è un eterociclo aromatico in quanto uno dei due doppietti elettronici solitari dell’ossigeno è delocalizzato all’interno dell’anello e quindi rispetta la regola di Hückel.
A causa della sua aromaticità il furano non dà reazioni simili a quelle degli eteri eterociclici saturi quali i tetraidrofurano. L’energia di coniugazione del furano è stata stimata essere solo 16 kal/mol ed è quindi considerevolmente minore rispetto a quella del benzene che è di 36 kcal/mol.
Ciò è dovuto al fatto che il furano ha il suo sestetto di elettroni π delocalizzato solo parzialmente. Di conseguenza il furano ha proprietà intermedie fra quelle di un sistema altamente delocalizzato come il benzene e quelle di un semplice diene ciclico.
Il nucleo del furano è presente in molti composti di origine naturale, estratti di piante o funghi, e, in minor misura, negli oli essenziali. Esso può essere rappresentato dalle strutture di risonanza:
Metodi di sintesi
a) Il furano viene preparato industrialmente per decarbonilazione catalitica del furfurolo in vapore o per ossidazione dell’acido furoico
b) Sintesi di Paal-Knorr. La ciclizzazione acido-catalizzata di composti 1-4 dicarbonilici è uno dei metodi più importanti per ottenere derivati del furano. Il prodotto di partenza reagisce con agenti disidratanti come acido solforico, pentossido di fosforo e cloruro di zinco o anidride acetica
c) Sintesi di Feist-Benary. La reazione di un α-clorochetone e un β-chetoestere con ammoniaca,dà luogo accanto al pirrolo, anche il furano, a volte come prodotto secondario, ma a volte come prodotto principale. Le migliori rese in derivato furanico si hanno se la reazione è fatta a freddo e se si usa la piridina o una soluzione di alcali al posto dell’ammoniaca.
d) Conversione di carboidrati in furani. La conversione avviene mediante l’impiego di acidi forti come acido solforico, acido cloridrico e acido ossalico. Questa via di sintesi porta a derivati del furfurolo e costituisce il metodo di produzione industriale di quest’ultimo. I pentosani, contenuti in materiali di scarto, sono idrolizzati in una prima fase a pentosi che poi ciclizzano a 2-furancarbossialdeide comunemente conosciuta come furfurolo
e) Da enoleteri di composti β-dicarbonilici del tipo R-CO-CH=C- OCH3 (R’). Furani variamente sostituiti in posizione 2 e 4 si ottengono per reazione fra enoleteri di composti β-dicarbonilici e il metililide di dimetilsolfonio (CH3)2S+-C–H2
Reattività
Il furano dà reazione di sostituzione elettrofila aromatica molto più facilmente del benzene. Molte delle reazioni tipiche quali la clorurazione, la nitrazione, la solfonazione non sono tuttavia di importanza pratica in quanto il furano è molto sensibile agli acidi forti: l’acido solforico concentrato, infatti, provoca una immediata polimerizzazione del furano ed inoltre anche a bassa temperatura è difficile controllare il numero di sostituenti che entrano.
Addizioni 2,5 del reagente possono competere con la reazioni di sostituzione a causa dell’attacco iniziale dell’elettrofilo. Il furano può subire una riduzione cataliticamente in presenza di Nichel Raney alla temperatura di 100°C per dare il tetraidrofurano. L’anello del furano si comporta come un etere dienico stabilizzato dalla presenza di un sestetto aromatico
a) Azione di acidi. Gli acidi minerali danno luogo alla formazione di una specie cationica che può polimerizzare formando resine o che può essere attaccata da un nucleofilo con conseguente apertura dell’anello. L’idrolisi di un derivato furanico porta a composti 1,4-dicarbonilici e può essere considerata come una retro Paal-Knorr.
b) Reazioni di addizione. Molte delle reazioni di sostituzione elettrofila sono precedute da reazioni di addizione che, a volte, danno prodotti di reazione nelle posizioni 2,5 relativamente stabili.
c) Reazioni con dienofili. Il furano si comporta come un diene dando con facilità reazioni di Diels-Alder: così, ad esempio, il furano forma con anidride maleica un intermedio che, per idrolisi con bromuro di idrogeno dà acido ftalico