Hydroxymethylfurfural

Strukturformel
Allgemeines
Name	Hydroxymethylfurfural
Andere Namen	HMF 5-(Hydroxymethyl)-2-furaldehyd 5-(Hydroxymethyl)-furfurol
Summenformel	C6H6O3
CAS-Nummer	67-47-0
PubChem	237332
Kurzbeschreibung	weißer Feststoff[1]
Eigenschaften
Molare Masse	126,11 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,21 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	32–35 °C[1]
Siedepunkt	114 °C (1,3 hPa)[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2] Achtung H- und P-Sätze H: 315-319 P: 302+352-​305+351+338 [2] EU-Gefahrstoffkennzeichnung [3][1] Reizend (Xi) R- und S-Sätze R: 36/37/38 S: 26-37
LD50	2500 mg·kg−1 (Ratte, oral)[2]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Hydroxymethylfurfural, HMF oder 5-(Hydroxymethyl)furfural ist eine Aldehyd- und Furanverbindung, die sich bei der thermischen Zersetzung von Zucker oder Kohlenhydraten bildet. HMF kann in vielen mit Hitze behandelten Lebensmitteln einschließlich Milch, Fruchtsaft, alkoholischen Getränken, Honig, usw. nachgewiesen werden. Aktuelle Studien prüfen den Nachweis von HMF in Zigaretten. In seinem chromatographischen Verhalten ähnelt HMF dem Patulin, sodass beim Nachweis darauf geachtet werden muss, die beiden Verbindungen nicht zu verwechseln. HMF kann als Ausgangsstoff für die Plastikherstellung eingesetzt werden. Hexosen, insbesondere Fruktose, werden über eine Dehydrierung mit Säure in HMF umgewandelt.

Geschichte

Die organische Verbindung wurde 1912 von dem französischen Chemiker Louis Maillard im Rahmen seiner Forschungsarbeit über nicht enzymatische Reaktionen von Glucose und Lysin untersucht.

Im Jahre 2007 haben US-Chemiker um Conrad Zhang vom Institut für Oberflächenkatalyse in Richland (US-Staat Washington) im US-Fachjournal Science ein Verfahren vorgestellt, mit dem sie aus Traubenzucker Produkte herstellten, die bisher vor allem auf Erdölbasis produziert werden. In ihren Reaktionsgefäßen wird der Zucker direkt in das Molekül Hydroxymethylfurfural (HMF) umgewandelt.

Bildung des 5-Hydroxymethylfurfurals

Synthese

In einer einstufigen Synthese kann Cellulose in Gegenwart von gekoppelten Kupfer-II-chlorid/Chrom-II-chlorid-Katalysatoren in der ionischen Flüssigkeit 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid als Lösungsmittel bei 80–120 °C zu 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) umgesetzt werden.^[4][5] Unter diesen Bedingungen verläuft die Synthese etwa zehnmal schneller als bei einer herkömmlichen säurekatalysierten Hydrolyse.

HMF in Honig

Eine geringe Menge an HMF im Honig ist ein Indikator für dessen Frische und Naturbelassenheit. Ein hoher HMF-Wert weist auf länger anhaltende Erwärmung oder Lagerung hin. Wenn Honig erhitzt wird, bildet sich aus Fruchtzucker HMF. Der HMF-Gehalt in frisch geschleudertem Honig ist sehr gering und steigt bei korrekter Lagerung, je nach pH-Wert und Lagertemperatur um ca. 2–3 mg/kg pro Jahr an. Lagerung bei Zimmertemperatur (21 °C) kann den HMF-Gehalt in einem Jahr bereits auf 20 mg/kg erhöhen. Die EU hat einen HMF-Grenzwert von maximal 40 mg/kg für Honig, der unter europäischen Bedingungen produziert wurde, festgelegt. Einige nationale Imkerverbände fordern sogar noch niedrigere Werte, z. B. erlaubt der Deutsche Imkerbund höchstens 15 mg/kg für sein Gütesiegel „Echter Deutscher Honig“.

HMF im Honig wird meistens mit HPLC- oder dem sogenannten Winkler-Verfahren^[6] nachgewiesen. Seit 2009 ist ein Schnelltest von der Merck KGaA zur Bestimmung von HMF erhältlich. Bei dem „Reflectoquant® HMF“ genannten Test wird eine geringe Menge Honig im Verhältnis 1:4 mit destilliertem Wasser verdünnt, ein Teststreifen in die Probe getaucht und dann in einem RQflex-Reflektometer gemessen.

Mögliche Kanzerogenität

Das amerikanische National Institute of Environmental Health Sciences gibt für HMF ein hohes Risiko, dass es krebserregend sein könnte, an. Grund dafür ist, dass andere Mitglieder dieser Gruppe von Verbindungen krebserregende Eigenschaften zeigen. Untersuchungen über die Schädlichkeit von HMF selbst sind bisher jedoch nur in geringem Umfang durchgeführt worden.

Die Vermutung der kanzerogenen Eigenschaften von 5-HMF stammt aus älteren wissenschaftlichen Untersuchungen. Es ist bekannt, dass eine ähnliche Verbindung, nämlich 5-Sulfooxymethylfurfural, mutagen und kanzerogen ist.^[7]

In Untersuchungen diverser Substanzen im Hinblick auf krebsvorbeugende Eigenschaften konnte für 5-HMF keine solche Wirkung nachgewiesen werden.^[8][9]

Die mögliche Fehlinterpretation der kanzerogenen Eigenschaft soll darauf beruhen, dass 5-HMF erst seit einigen Jahren als Reinsubstanz (99 %) isoliert werden kann. Reinstes 5-HMF ist ein weißes Pulver und nicht, wie fälschlicherweise angenommen, gelb. Die gelbe Farbe bezieht sich auf Metaboliten von 5-HMF bzw. anderen Komponenten.

Einzelnachweise