Hidroximetilfurfural
Compuesto químico
Hidroximetilfurfural
Fórmula estructural del hidroximetilfurfural
Modelo de bolas y palos de la molécula de hidroximetilfurfural
Modelo de relleno espacial de la molécula de hidroximetilfurfural
Nombres
Nombre IUPAC preferido
5-(Hidroximetil)furan-2-carbaldehído [1]
Otros nombres
5-(Hidroximetil)-2-furaldehído [1]
5-(Hidroximetil)furfural [1]
Identificadores
  • 67-47-0 controlarY
Modelo 3D ( JSmol )
  • Imagen interactiva
110889
EBICh
  • CHEBI:412516 controlarY
Química biológica
  • ChEMBL185885 controlarY
Araña química
  • 207215 controlarY
Tarjeta informativa de la ECHA100.000.595
Número CE
  • 200-654-9
278693
BARRIL
  • C11101 controlarY
Identificador de centro de PubChem
  • 237332
UNIVERSIDAD
  • 70ETD81LF0
  • DTXSID3030428
  • InChI=1S/C6H6O3/c7-3-5-1-2-6(4-8)9-5/h1-3,8H,4H2 controlarY
    Clave: NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYSA-N controlarY
  • InChI=1/C6H6O3/c7-3-5-1-2-6(4-8)9-5/h1-3,8H,4H2
    Clave: NOEGNKMFWQHSLB-UHFFFAOYAB
  • c1cc(oc1CO)C=O
Propiedades
C6H6O3​​​​​
Masa molar126,111  g·mol −1
AparienciaSólido blanco de bajo punto de fusión
OlorMantequilloso, caramelo
Densidad1,29 g/ cm3
Punto de fusión30 a 34 °C (86 a 93 °F; 303 a 307 K)
Punto de ebullición114 a 116 °C (237 a 241 °F; 387 a 389 K) (1 mbar)
UV-vis (λmáx . )284 nm [2]
Compuestos relacionados
Furan-2-carbaldehídos relacionados
Furfural

Metoximetilfurfural

Peligros
Etiquetado SGA :
GHS07: Signo de exclamación[3]
Advertencia [3]
H315 , H319 , H335 [3]
P261 , P305+P351+P338 , P310 [3]
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
controlarY verificar  ( ¿qué es   ?)controlarY☒norte
Compuesto químico

El hidroximetilfurfural ( HMF ), también conocido como 5-(hidroximetil)furfural , es un compuesto orgánico formado por la deshidratación de azúcares reductores. [4] [5] Es un sólido blanco de bajo punto de fusión (aunque las muestras comerciales suelen ser amarillas) que es altamente soluble tanto en agua como en disolventes orgánicos. La molécula consta de un anillo de furano , que contiene grupos funcionales aldehído y alcohol .

El HMF puede formarse en alimentos que contienen azúcar, particularmente como resultado del calentamiento o la cocción. Su formación ha sido objeto de importantes estudios, ya que se consideraba que el HMF era potencialmente cancerígeno para los seres humanos. Sin embargo, hasta ahora la genotoxicidad in vivo ha sido negativa. No se puede derivar ninguna relevancia para los seres humanos en cuanto a efectos cancerígenos y genotóxicos. [6] El HMF está clasificado como un agente de mejora de alimentos [7] y se utiliza principalmente en la industria alimentaria en forma de aditivo alimentario como biomarcador, así como agente aromatizante para productos alimenticios. [8] [9] También se produce industrialmente a una escala modesta [10] como materia prima carbono neutral para la producción de combustibles [11] y otros productos químicos. [12]

Producción y reacciones

El HMF se informó por primera vez en 1875 como un intermediario en la formación de ácido levulínico a partir de azúcar y ácido sulfúrico. [13] Esta sigue siendo la ruta clásica, con azúcares de 6 carbonos ( hexosas ) como la fructosa que experimentan polideshidratación catalizada por ácido. [14] [15] Cuando se utiliza ácido clorhídrico , se produce 5-clorometilfurfural en lugar de HMF. Se observa una química similar con azúcares de 5 carbonos ( pentosas ), que reaccionan con ácido acuoso para formar furfural .

fructopiranosa 1 , fructofuranosa 2 , dos etapas intermedias de deshidratación (no aisladas) 3,4 y finalmente HMF 5

El enfoque clásico tiende a sufrir de bajos rendimientos ya que el HMF continúa reaccionando en ácido acuoso, formando ácido levulínico . [4] Como el azúcar no es generalmente soluble en solventes distintos del agua, el desarrollo de reacciones de alto rendimiento ha sido lento y difícil; por lo tanto, mientras que el furfural se ha producido a gran escala desde la década de 1920, [16] el HMF no se produjo a escala comercial hasta más de 90 años después. La primera planta de producción entró en funcionamiento en 2013. [10] Se han desarrollado numerosas tecnologías sintéticas, incluido el uso de líquidos iónicos , [17] [18] extracción continua líquido-líquido , destilación reactiva y catalizadores ácidos sólidos para eliminar el HMF antes de que reaccione más o para promover su formación e inhibir su descomposición. [19]

Derivados

El HMF en sí tiene pocas aplicaciones. Sin embargo, se puede convertir en otros compuestos más útiles. [12] De estos, el más importante es el ácido 2,5-furandicarboxílico , que se ha propuesto como un reemplazo para el ácido tereftálico en la producción de poliésteres . [20] [21] El HMF se puede convertir en 2,5-dimetilfurano (DMF), un líquido que es un biocombustible potencial con un mayor contenido energético que el bioetanol . La hidrogenación de HMF da 2,5-bis(hidroximetil)furano . La hidrólisis catalizada por ácido convierte el HMF en ácido gamma-hidroxivalérico y gamma-valerolactona , con pérdida de ácido fórmico. [5] [4]

Presencia en los alimentos

El HMF está prácticamente ausente en los alimentos frescos, pero se genera de forma natural en los alimentos que contienen azúcar durante los tratamientos térmicos como el secado o la cocción. Junto con muchas otras sustancias relacionadas con el sabor y el color, el HMF se forma en la reacción de Maillard , así como durante la caramelización . En estos alimentos también se genera lentamente durante el almacenamiento. Las condiciones ácidas favorecen la generación de HMF. [22] El HMF es un componente bien conocido de los productos horneados. Al tostar el pan, la cantidad aumenta de 14,8 (5 min.) a 2024,8 mg/kg (60 min). [5] También se forma durante el tueste del café, con hasta 769 mg/kg. [23]

Es un buen marcador de tiempo y temperatura de almacenamiento del vino , [24] especialmente en vinos dulces como Madeira [25] y aquellos endulzados con concentrado de uva arrope . [26]

Phallus indusiatus . Cooktown, Queensland , Australia. El cuerpo fructífero contiene hidroximetilfurfural .

El HMF se puede encontrar en pequeñas cantidades en la miel , los zumos de frutas y la leche UHT . En estos casos, así como en los vinagres, las mermeladas, los productos alcohólicos o las galletas, el HMF se puede utilizar como indicador de un tratamiento térmico excesivo. Por ejemplo, la miel fresca contiene menos de 15 mg/kg, dependiendo del valor de pH, la temperatura y la edad [27] , y la norma del Codex Alimentarius exige que la miel tenga menos de 40 mg/kg de HMF para garantizar que no haya sufrido ningún calentamiento durante el procesamiento, excepto en el caso de las mieles tropicales, que deben estar por debajo de los 80 mg/kg [28] .

En el café y en los frutos secos se encuentran cantidades más elevadas de HMF de forma natural. Varios tipos de café tostado contenían entre 300 y 2900 mg/kg de HMF. [29] Se encontró que las ciruelas pasas contenían hasta 2200 mg/kg de HMF. En la cerveza oscura se encontraron 13,3 mg/kg, [30] los productos de panadería contenían entre 4,1 y 151 mg/kg de HMF. [31]

Se puede encontrar en jarabe de glucosa .

El HMF puede formarse en el jarabe de maíz con alto contenido de fructosa (JMAF), y se encontraron niveles de alrededor de 20 mg/kg de HMF, que aumentan durante el almacenamiento o el calentamiento. [27] Esto es un problema para los apicultores estadounidenses porque utilizan el JMAF como fuente de azúcar cuando no hay suficientes fuentes de néctar para alimentar a las abejas , y el HMF es tóxico para ellas. Agregar bases como carbonato de sodio o potasa para neutralizar el JMAF retrasa la formación de HMF. [27]

Dependiendo de la tecnología de producción y almacenamiento, los niveles en los alimentos varían considerablemente. Para evaluar la contribución de un alimento a la ingesta de HMF, se debe considerar su patrón de consumo. El café es el alimento que tiene una relevancia muy alta en términos de niveles de HMF y cantidades consumidas.

El HMF es un componente natural de los alimentos calentados, pero suele estar presente en concentraciones bajas. La ingesta diaria de HMF puede presentar grandes variaciones debido a los patrones de consumo individuales. Se ha estimado que la ingesta oscila entre 4 mg y 30 mg por persona por día, mientras que una ingesta de hasta 350 mg puede resultar, por ejemplo, de bebidas elaboradas a partir de ciruelas secas. [6] [32]

Biomédica

Un metabolito importante en los humanos es el ácido 5-hidroximetil-2-furoico (HMFA), también conocido como ácido de Sumiki, que se excreta en la orina.

El HMF se une a la hemoglobina falciforme intracelular (HbS). Estudios preliminares in vivo con ratones transgénicos con anemia falciforme demostraron que el 5HMF administrado por vía oral inhibe la formación de células falciformes en la sangre. [33] Con el código de desarrollo Aes-103, se ha considerado el HMF para el tratamiento de la anemia falciforme . [34]

Cuantificación

En la actualidad, el método de referencia es la HPLC con detección UV (p. ej., DIN 10751-3). Los métodos clásicos para la cuantificación de HMF en alimentos utilizan la fotometría . El método según White es una fotometría UV diferencial con y sin reducción de HMF con bisulfito de sodio . [35] El método fotométrico de Winkler es una reacción de color que utiliza p- toluidina y ácido barbitúrico ( DIN 10751-1). Las pruebas fotométricas pueden ser inespecíficas, ya que pueden detectar también sustancias relacionadas, lo que conduce a resultados más altos que las mediciones HPLC. También hay disponibles kits de prueba para análisis rápidos (p. ej., Reflectoquant HMF, Merck KGaA). [36] [37]

Otro

El HMF es un intermediario en la titulación de hexosas en la prueba de Molisch . En la prueba de Bial relacionada para las pentosas, el hidroximetilfurfural de las hexosas puede dar una solución marrón turbia o gris, pero esto se distingue fácilmente del color verde de las pentosas.

El acetoximetilfurfural (AMF) también es una plataforma química ecológica de origen biológico que se utiliza como alternativa al HMF. [38]

Referencias

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