四氫呋[fū]喃（Tetrahydrofuran,THF）又稱1,4-環氧丁烷、氧雜環戊烷，分子式為C?H?O，是一種帶有醚類氣味的極易揮發的無色透明液體，具有一定的毒性，且屬于易燃易爆品，低沸點且流動性好,可溶于水及各類有機溶劑。四氫呋喃是一種優良的溶劑和重要的有機合成原料，素有“萬能溶劑”之稱。此外，它還是一種重要的有機化工及精細化工原料，廣泛應用于反應溶劑、化學中間產物、藥物合成等。四氫呋喃屬于環烴類毒物，并在2017年10月27日世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的2B類致癌物清單中。可通過呼吸道、消化道、皮膚侵入機體，低濃度時對皮膚和粘膜有刺激作用；高濃度時有麻醉作用、肝臟毒性和致死作用，使用時需注意安全。
發展歷史
1884年M. B.錢拉圖弗（chanlatoff）首先用4-羥基丁酸的分子內酯開始合成了四氫呋喃，在此之后，人們對THF的生產技術進行了廣泛的研究。
第二次世界大戰期間，美國用糠醛法生產THF；六十年代轉向以乙炔為原料的雷普法（Reppe法）；之后，于1963年開始，日本三菱油化公司開始研究順酐法；1972年日本東洋曹達公司開發二氯丁烯法成功并將其工業化。
理化性質
四氫呋喃（Tetrahydrofuran）別名為1,4-環氧丁烷、氧雜環戊烷[wán]，分子式為C?H?O，化學式可寫作(CH?)?O，是一個含氧雜環有機化合物，屬于醚類。它是芳香族化合物呋喃的完全氫化產物，是一種無色、可與水完全混溶、在常溫常壓下有較小粘稠度的有機液體。由于其液態范圍很長，所以是一種常用的中等極性非質子性溶劑。急性毒性屬于低毒類。THF熔點為-108.5 ℃，沸點為66 °C，相對密度（水=1）為0.887（20 °C），爆炸極限為1.5 % - 12.4 %。THF是易燃易爆品，能起多種化學反應。在空氣中會極易氧化而產生爆炸性過氧化合物，若積聚超過1%，可能發生熱爆炸，并可增加THF的刺激作用，燃燒時分解產物為CO和CO?，因此如果檢測出過氧化物含量較高，建議采取其他處理措施以確保安全，且在工業品中常添加對苯二酚、二特丁基甲酚等阻聚劑（或抗氧化劑）。在堿的水溶液中也能分解成過氧化物，故蒸餾時易引起爆炸事故。
合成方法
四氫呋喃的生產工藝較多，主要包括糠醛法、Reppe法和馬來酸酐法等。
糠醛法
糠醛法由糠醛脫羰基生成呋喃，再加氫而制得四氫呋喃。具體工藝流程為：糠醛用ZnO-CrO?-MnO?作催化劑，在400 °C脫基得呋喃；呋喃用作為催化劑，在100-120 °C和3-4 MPa條件下加氫制得四氫呋喃。反應式如下：
糠醛法是生產四氫呋喃最早的方法，糠醛資源豐富、工藝成熟、流程短且產品收率高。但因其消耗高、操作費用高、污染嚴重，已逐步被淘汰使用。
Reppe法
此工藝以乙炔和甲醛為原料，在乙炔催化下（SiO?或MgSiO?為載體，Bi?O?為助催化劑） ，乙炔化生成1,4-2-丁炔-1,4-二醇；再以Ni-Cu-Mn/SiO?為催化劑，加氫得1,4-1,4-丁二醇；最后，1,4-丁二醇脫水環化制得四氫呋喃。反應式如下：
該方法是世界各國生產THF的主要方法之一，具有工藝簡單、設備投資少、產品純度高等優點。
丁二烯法
丁二烯氯化工藝
丁二烯首先氯化生成3,4-二氯丁烯和1,4-二氯丁烯的混合物，后者在堿性水溶液中水解得1,4-丁烯二醇，再通過催化加氫得1,4-丁二醇，最終1,4-丁二醇脫水制得四氫呋喃。具體反應式如下：
該方法丁二烯原料易得。中間產品1,4-二氯乙烯為制備氯丁橡膠單體氯丁二烯的副產物，價格便宜，工藝簡單，投資低，但只限于生產氯丁橡膠的工廠使用。
丁二烯乙酰氧基化工藝
先將丁二烯與冰醋進行乙酰氧基化反應，生成1,4-亞丁烯基二乙酸酯，再催化加氫轉化成1,4-亞丁基二乙基二乙酸，后又生成1,4-1,4-丁二醇時聯產四氫呋喃。具體反應式如下：
該方法原料易得、工藝水閉路循環，具有有效節約原料和能量的優點。但也存在工序長、投資高，水解及回收乙酸蒸汽消耗高的缺點。
順酐法
順酐酯化加氫法
先將順酐和過量乙醇連續酯化得到馬來酸二乙酯，再將其經加熱汽化、催化加氫后生成四氫呋喃混合物、1,4-丁二醇和γ-丁內酯，最后通過分離精制得到四氫呋喃產品和1,4-丁二醇，同時γ-丁內酯循環再利用。反應式如下：
該方法為低溫低壓反應，對設備材質要求不高；工藝過程彈性大，生產成本相對較低。
順酐液相加氫和順酐氣相加氫
順酐液相加氫是將順酐、氫和作為溶劑的γ-丁內酯，在金屬固體催化劑條件下進行反應，后反應產物經過連續蒸餾制得純四氫呋喃。此方法具有原料易得、產物收率高、工藝流程短等特點。馬來酸酐氣相加氫是通過使用銅、鋅、鉻催化劑，順酐氣相催化加氫而生成四氫呋喃和γ-丁內酯。并且通過改變反應條件可得到不同比例的四氫呋喃和γ-丁內酯。
上述方法中，除糠醛法外，其他方法都可歸并為1,4-1,4-丁二醇的副產物或脫水產物。此外，這些生產工藝也均存在優缺點。
應用途徑
溶劑
THF是一種高性能低沸點（66 °C）應用相當廣泛的有機溶劑。其溶解速度快，對樹脂表面和內部滲透性好，素有“萬能溶劑”之稱，常用于各種有機合成和化學反應。它能溶解除了聚乙烯、聚丙烯及樹脂以外的所有化合物，特別對偏氯乙烯樹脂、聚氯乙稀和丁苯胺有良好的溶解作用。THF可用于合成樹脂、橡塑、涂料、粘合劑和多種化學品；也用于油墨、萃取劑、人造革、表面處理劑中，在縮聚反應、還原反應、酯化等大多數反應中作為有效溶劑，使其需求呈快速增長之勢。
合成聚四氫呋喃
THF可以與1,4-1,4-丁二醇縮聚生成聚四氫呋喃醚（PTMG），后又自身縮聚合成聚四CH2醇醚，俗稱聚四氫呋喃（PTMEG）。PTMEG常溫下為白色蠟狀固體，溶化后為透明、無色液體，其主要用于生產氨綸、聚氨酯彈性體和酯醚共聚彈性體。由于世界PTMEG消費出人意料之外地快速增長，已使THF在全世界范圍內供不應求。
其他應用
在醫藥領域，THF可用于合成藥物，如黃體酮、咳必清和利復霉素等。在有機合成方面，THF可以與硫化氫反應生成四氫噻吩，可以合成1,4-二氯丁烷、丁內酯、戊內酯和吡咯烷酮等。由于THF良好的蒸發性能，用于精密盒式錄音磁帶工業、粘合劑的生產，使用量也很大。此外，THF與一氧化碳還可以生產己二酸。
安全事宜
人體健康
四氫呋喃純品毒性低于丙酮，屬于低毒類，可通過呼吸道、胃腸道及皮膚吸收，對粘膜有刺激作用，進入人體后會維持較高血濃度。空氣中的有毒和易燃THF濃度可以通過遵守200ppm的職業接觸限值（TLV）來控制。其體內代謝途徑尚未闡明，推測其體內代謝產物有草酸、1,4-1,4-丁二醇等，也可進一步氧化為酒石酸。
四氫呋喃對人體的影響，其主要毒性表現為中樞麻醉作用，其強度與乙醇大體相當。THF為中樞神經系統抑制劑，倘若人體吸入低濃度四氫呋喃，可引起頭痛、刺激鼻子和喉嚨；若吸入高濃度的四氫呋喃，會出現頭暈、胸悶、胸痛、咳嗽、乏力、惡心嘔吐等癥狀，同時伴有眼刺激癥狀，部分患者可能會出現肝功能障礙。此外，若女性長期接觸四氫呋喃，可導致不孕。
在防護方面，主要注意改革工藝和嚴格操作規程，以防止高濃度THF蒸氣外泄吸入。接觸人員應配帶防護眼鏡、橡膠手套，穿著防靜電服裝等勞動保護用品。而對四氫呋喃中毒病例主要對癥處理，可給予半胱氨酸、保肝制劑、維生素B??及維生素C等，可有助于康復。
環境影響
四氫呋喃是一種難生物降解化合物。隨著醫藥、化學工業的快速發展，四氫呋喃的需求量和排放量也迅速增長，可能通過各種廢物流釋放到環境中。由于四氫呋喃揮發性極強且能夠與水以任意比例混溶，一旦將其排放到環境中，就會在環境中迅速擴散，基本上沒有回收的可能。有研究表明，四氫呋喃會導致微生物群落結構發生顯著改變，顯著降低物種多樣性，從而導致活性污泥處理廢水效率低下。常用的去除四氫呋喃的方法有化學降解法、生物降解法等。具體可采用回收再利用、焚燒、生物降解等措施。
貯存運輸
工業用四氫呋喃應采用符合GB/T 325.1要求的鋼桶或專用槽車包裝，應貯存在干燥、通風的環境中。其包裝容器中應充入干燥氮氣密封并保持正壓，避免泄露，防止太陽暴曬或高溫燒烤。禁止與強氧化劑、有毒化學品一起貯存。
工業用四氫呋喃運輸過程中應確保容器不泄露、不倒塌、不墜落、不損壞。運輸過程中應防止日曬雨淋，遠離火種、熱源、高溫區域。搬運時應輕裝輕卸，防止包裝容器損壞。為防止靜電，運輸容器應接地。此外，在貯存和運輸的過程中，可根據用戶要求添加適量的穩定劑2,6-二叔丁基4-甲酚（2,6-二叔丁基對甲酚）。
倘若發生四氫呋喃火災，可使用干粉滅火器或二氧化碳滅火器進行撲救。水在滅火中可能是無效的。但是，如果是泄漏或溢出而沒有被點燃的四氫呋喃，在有可能發生火災的情況下，可以用水進行沖洗冷卻和稀釋，再用噴水器沖掉蒸汽。溢出或泄漏的部分應使用紙張吸收或溶解在石油醚或酒精（分子量高于丁醇）中；然后收集并移至室外蒸發或安全焚燒。
參考資料 >