2,5-Furandicarbonsäure
# 2,5-Furandicarbonsäure

2,5-Furandicarbonsäure (FDCA) ist eine Dicarbonsäure, die durch Dehydratisierung von Hexosen und Oxidation des sich daraus ergebenden Hydroxymethylfurfurals (5-HMF) erzeugt werden kann. Sie dient als Ausgangsstoff für die Herstellung von Biopolymeren.

## Geschichte

2,5-Furandicarbonsäure wurde 1876 als Dehydroschleimsäure von Rudolph Fittig und Robert Heinzelmann erstmals durch Umsetzung von Schleimsäure mit rauchender Bromwasserstoffsäure synthetisiert.

Vom US Department of Energy wurde die Verbindung als einer der zwölf wichtigsten Plattformchemikalien (Biobased Building block chemicals) der „grünen, nachwachsenden Chemie“ der Zukunft identifiziert.

## Synthese und Darstellung

Es gibt verschiedene Routen zur Darstellung der FDCA:

### Oxidation von 2,5-disubstituierten Furanen

Ausgehend von 2,5-disubstituierten Furanen kann mit verschiedenen anorganischen Oxidantien oder durch Edelmetall-katalysierte Oxidation die 2,5-Furandicabonsäure in fast quantitativer Ausbeute erhalten werden. Als Ausgangsmaterial für die Oxidation eignet sich insbesondere 5-Hydroxymethylfurfural, das sich wiederum aus Fructose gewinnen lässt. Auch auf biokatalytischem Weg ist die 2,5-Furandicarbonsäure aus 5-Hydroxymethylfurfural zugänglich. Die elektrochemische Oxidation von HMF zu 2,5‐Furandicarbonsäure gelingt in sauren Medien mit Hilfe einer Manganoxid-Anode (MnOx) mit ca. 50 % Ausbeute.

### Synthese aus Furfural

Durch katalytische Oxidation wird zunächst Furfural mit Salpetersäure zu Furan-2-carbonsäure umgesetzt und anschließend in den Methylester überführt. Dieser wird dann durch Chlormethylierung an Position 5 zum 5-(Chlormethyl)-furan-2-carbonsäuremethylester substituiert. Umsetzung mit Salpetersäure ergibt Dimethylfuran-2,5-dioat, aus dem man nach der alkalischen Hydrolyse mit 50 % Ausbeute FDCA erhält.

### Dehydratisierung von Schleimsäure

Durch eine einstufige, säurekatalysierte Dehydratisierung von Schleimsäure, auch Mucinsäure oder Galactarsäure genannt, in Butanol unter stark sauren Reaktionsbedingungen (z. B. Schweflige Säure, p-Toluolsulfonsäure und Heteropolysäuren) ist der Dibutlyester der 2,5-Furandicarbonsäure zugänglich.

## Eigenschaften und Anwendungen

Da die Furandicarbonsäure zwei Carboxygruppen aufweist, sind für Carbonsäuren typische Reaktionen, wie z. B. die Bildung von Carbonsäuredihalogeniden, Carbonsäureestern und Carbonsäureamiden möglich. Mit Diolen und Diaminen lassen sich Polykondensationsreaktionen durchführen. Ausgehend von dem FDCA-Monomer sind eine Vielzahl an Polyestern, Polyamiden oder Polyurethanen zugänglich. Analog zur Polymerisation der Terephthalsäure kann die Furandicarbonsäure mit Ethylenglykol zum Polyethylenfuranoat (PEF) oder mit Butyldiglycol zu Polybutylenfuranoat (PBF) polymerisiert werden.

2,5-Furandicarbonsäure ist lichtempfindlich und sehr hygroskopisch.

FDCA kann bei vielen Anwendungen direkt eingesetzt werden oder als Plattformchemikalie bei der Synthese von Biopolymeren.

### Direkte Verwendung

* Weichmacher: FDCA-Ester können als Ersatzstoff für Phthalate als Weichmacher in Polyvinylchlorid dienen, z. B. in PVC-Kabeln.
* Feuerlöschschaum: FDCA sowie die meisten Polycarboxylsäuren sind Bestandteile von Feuerlöschschäumen.
* Pharmazeutika: In der Pharmazie wurde gezeigt, dass der Ethylester von FDCA eine betäubende Wirkung ähnlich wie Kokain verursacht. Screening-Studien an einigen FDCA-Derivaten zeigten wichtige antibakterielle Eigenschaften. Zur Vorbereitung künstlicher Venen für die Transplantation wird eine verdünnte Lösung von FDCA in Tetrahydrofuran verwendet.
* Waschmittel: FDCA dient als Bestandteil von optischen Aufhellern in Waschmitteln.

### Verwendung als Plattform-Chemikalie

Durch verschiedene Derivatisierungen der 2,5-Furandicarbonsäure, beispielsweise zum 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan, 2,5-Bis(hydroxymethyl)tetrahydrofuran oder 2,5-Bis(aminomethyl)tetrahydrofuran, ergeben sich vielfältige weitere Verwendungsmöglichkeiten:

## Hersteller

Alfa Aesar GmbH & Co KG; Asta Tech Inc.; AVALON Industries AG; Avantium Holding BV; Baxter; Bristol-Myers Squibb; Chemsky (Shanghai) International Company Ltd; Corbion NV; Cryolife; CSL Behring; Davol; Ethicon; Genzyme; Medtronic; Novamont SpA; Pfizer; Synvina.; Takeda; Toronto Research Chemicals Inc; V & V Pharma Industries; Ulcho

