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Furane (Stoffgruppe)

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Furane
Allgemeine Struktur der Furane
Struktur der Furane, die Reste R1 bis R4 können beispielsweise Wasserstoff oder Organylgruppen sein

Furane oder systematisch nach Hantzsch-Widman-Nomenklatur Oxole sind eine Stoffgruppe der organischen Chemie. Es handelt sich um Heteroaromaten, die sich vom Grundkörper Furan ableiten. Furane kommen recht häufig als Naturstoffe vor, unter anderem als Terpenoide und Furanfettsäuren. Genutzt werden verschiedene Vertreter als Pharmazeutika und Aromastoffe.

Vorkommen

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Terpenoide

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Furanringe sind häufiger Bestandteil von Terpenoiden. Unter den Monoterpenen gehören dazu Perillen, das eine Semiochemikalie bei der Ameise Lasius fuliginosus und bei Milben ist, und das Rosenfuran, das ein Duftstoff in Rosenöl (aus Rosa damascena) ist.[1][1.1] Menthofuran ist ein Monoterpen aus Pfefferminzöl, das aus Pulegon gebildet wird. Dieses kann entweder zu Menthon und weiter zu Menthol reduziert oder zu Menthofuran oxidiert werden.[2] Dendrolasin kommt in Süßkartoffeln und Nacktkiemern sowie als Semiochemikalie bei der Ameise Dendrolasius fuliginosus vor. Das Longifolin aus den Blättern von Actinodaphne longifolia enthält sogar zwei Furanringe.[1.2] Zu den Hauptinhaltsstoffe von Myrrhe gehören Furanoeudesma-1,4(15)-dien, Furanoeudesma-1,4-dien-6-on und Furanoeudesma-1,3-dien. Ein anderes Diastereomer von letzterem ist aus der Orgelkoralle bekannt.[1.3] In Pflanzen der Senecioneae, kommen Furanoeremophilane vor, von denen insgesamt über 100 bekannt sind.[1.4] Die Hibiscone sind tricyclische Sesquiterpene mit einem Furanring, die in Hibiscus elatus vorkommen.[1.5] Das Pinguison aus dem Fettglänzenden Ohnnervmoos (Aneura pinguis) wirkt als Fraßschutz gegen Insekten.[1.6] Teugin ist ein furanoides Diterpen aus Teucrium fragile (Gattung Gamander), Junceinsäure eines aus Solidago juncea (Gattung Goldruten).[1.7] Diverse furanoide Sesterterpene sind aus Schwämmen bekannt, darunter Ircinin I aus Ircinia oros und 8,9-Dehydroircinin I aus Cacospongia scalaris, die jeweils zwei Furanringe aufweisen.[1.8]

Furanfettsäuren

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Allgemeine Struktur von Furanfettsäuren, n = 6, 8, 10, 12; m = 2, 4; R = H, Me

Furanfettsäuren sind Fettsäuren, die durch Sauerstoffüberbrückung einen Furanring in der Kohlenstoffkette enthalten. Typische Vertreter weisen eine Kettenlänge von 16 bis 22 Kohlenstoffatomen auf, davon sechs bis zwölf zwischen Carboxylgruppe und Furanring sowie drei oder fünf Kohlenstoffatome hinter dem Furanring. Der Ring trägt zusätzlich ein oder zwei weitere Methylgruppen.[3] Sie kommen in der Leber von Fischen, den Samenölen verschiedener Pflanzen und in diversen anderen Lebewesen vor.[4] Während sich die Forschung zeitweise hauptsächlich auf Fische und andere marine Lebewesen konzentrierte, wurde erst später klar, dass Furanfettsäuren auch in Pflanzen häufig und in größeren Mengen vorkommen, beispielsweise in Gräsern (Poaceae), Löwenzahn, Klee und Birkenblättern.[3] Bei der Untersuchung einiger mariner Wirbellosen wurde als häufigste Furanfettsäure 13,14-Dimethyl-12,15-oxyeicosa-12,14-diensäure nachgewiesen.[4]

Weitere Naturstoffe

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Methanofuran ist ein Cofaktor mit Furanring, der für die Methanogenese (Bildung von Methan) in Mikroorganismen benötigt wird. Er dient dem ersten Reduktionsschritt des Prozesses, in dem Kohlenstoffdioxid zu einem Formamid reduziert wird.[5] 2-Isobutyl-4-hydroxymethylfuran-3-carbonsäure (MMF1) und 2-Propyl-4-hydroxymethylfuran-3-carbonsäure (MMF2) kommen als Signalmoleküle in Streptomyces coelicolor vor; strukturell ähnliche Verbindungen sind auch aus anderen Streptomyces bekannt.[6]

Methanofuran

Aromen in Lebensmitteln

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Furane kommen in Lebensmitteln vor, wo sie ein karamellartiges, fettiges oder nussiges Aroma erzeugen. Sie entstehen durch den hitzebedingten Abbau von Kohlenhydraten und Aminosäuren, beispielsweise in der Maillard-Reaktion, aber auch durch Oxidationen bestimmter Vorläufer wie mehrfach ungesättigter Fettsäuren. In der Maillard-Reaktion entsteht Furfural insbesondere aus Pentosen, Hydroxymethylfurfural insbesondere aus Hexosen. Auch der Grundkörper Furan entsteht in der Maillard-Reaktion.[7]

Verwendung

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Medizin

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Furosemid

Einige Pharmazeutika enthalten Furanringe, dazu gehören beispielsweise Furosemid, Mometasonfuroat und die Nitrofurane. Furan ist ein aromatischer Ring und weist ähnliche Eigenschaften wie ein Benzolring auf, sodass sich Furanringe als Bioisostere für Benzolringe eignen.[8.1] Furosemid ist ein Schleifendiuretikum, das aus 5-Carboxyl-2,4-dichlorbenzolsulfonamid hergestellt wird, wobei der Furanring durch Furfurylamin eingeführt wird.[8.2] Mometasonfuroat ist ein mit Furan-2-carbonsäure verestertes Steroid mit starker Bindungsaffinität an den menschlichen Glucocorticoidrezeptor und wird bei unterschiedlichen Hautleiden eingesetzt, unter anderem atopische Dermatitis, Psoriasis und Kontaktdermatitis.[8.3]

Nitrofurantoin

Nitrofurane sind verschiedene Imine und Hydrazone von 5-Nitrofurfural, die als Antibiotika und Antiparasitika eingesetzt werden. Der eigentlich aktive Wirkstoff, der DNA, RNA und Ribosomen schädigen kann, entsteht dabei, wenn die Nitrogruppe durch eine Nitroreduktase des Pathogens reduziert wird. Die Nebenwirkungen halten sich in Grenzen, da die Reduktion der Nitrogruppe in humanen Zellen keine bedeutende Rolle spielt.[8][8.4] Nifurtimox wird als Antiparasitikum gegen Trypanosomen eingesetzt. Die Aktivierung verläuft über zwei Reduktionsschritte, eine Nitrosoverbindung und ein Hydroxylamin, anschließend entsteht durch Ringöffnung ein α,β-ungesättigtes Nitril, das als Michael-Akzeptor wirkt. Mit welchen Reaktionspartnern dieser genau interagiert, ist nicht bekannt.[8.5] Das Nitrofurantoin, ein anderes Nitrofuran, dient als Antibiotikum bei Harnwegsinfekten (beispielsweise mit Enterokokken oder Staphylokokken), und steht auf der Liste der unentbehrlichen Arzneimittel der WHO.[8.4]

Aromastoffe

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Diverse Furane sind in der EU als Aromastoffe in Lebensmitteln zugelassen. Einige Beispiele sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Verbindung FL-Nummer Quelle Verbindung FL-Nummer Quelle
5-Methylfurfural 13.001 [9] 2-Acetylfuran 13.054 [10]
Methyl-2-furoat 13.002 [11] 2-Butylfuran 13.103 [12]
Furfural 13.018 [13] Ethyl-2-furoat 13.122 [14]
Furfurylalkohol 13.019 [15] Furfurylacetat 13.128 [16]
2-Methylfuran 13.030 [17] 2-Furansäure 13.136 [18]

Metabolismus und Toxikologie

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Furane können im menschlichen Metabolismus zu einem reaktiven Epoxid epoxidiert werden. Dieses ergibt durch Ringöffnung eine α,β-ungesättigte 1,4-Dicarbonylverbindung, die ebenfalls reaktiv ist und als Michael-Akzeptor mit Thiolen reagiert. Die als Nebenwirkung von Furosemid zum Teil auftretende Hepatitis wird auf ein Epoxid zurückgeführt.[8.6] Die aus Furanen gebildeten Epoxide wirken auch als irreversible Inhibitoren von Cytochrom-P450-Enzymen.[8.7]

Einzelnachweise

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  1. ↑ Eberhard Breitmaier: Terpene: Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. 1. Auflage. Wiley, 2005, ISBN 978-3-527-31498-0, doi:10.1002/9783527623693.
    1. ↑ S. 11
    2. ↑ S. 23
    3. ↑ S. 29-30
    4. ↑ S. 31
    5. ↑ S. 33
    6. ↑ S. 49
    7. ↑ S. 55
    8. ↑ S. 81
  2. ↑ Soheil S. Mahmoud, Rodney B. Croteau: Menthofuran regulates essential oil biosynthesis in peppermint by controlling a downstream monoterpene reductase. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 100, Nr. 24, 25. November 2003, S. 14481–14486, doi:10.1073/pnas.2436325100, PMID 14623962, PMC 283617 (freier Volltext).
  3. 1 2 Ibandalin Mawlong, M. S. Sujith Kumar, Dhiraj Singh: Furan fatty acids: their role in plant systems. In: Phytochemistry Reviews. Band 15, Nr. 1, Februar 2016, S. 121–127, doi:10.1007/s11101-014-9388-7.
  4. 1 2 Valery M Dembitsky, Tomas Rezanka: Furan fatty acids of some brackish invertebrates from the Caspian sea. In: Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology. Band 114, Nr. 3, Juli 1996, S. 317–320, doi:10.1016/0305-0491(96)00063-6.
  5. ↑ Comprehensive Natural Products II: Chemistry and Biology. Elsevier, 2010, ISBN 978-0-08-045382-8, S. 712 (google.de [abgerufen am 26. Februar 2026]).
  6. ↑ Christophe Corre, Lijiang Song, Sean O'Rourke, Keith F. Chater, Gregory L. Challis: 2-Alkyl-4-hydroxymethylfuran-3-carboxylic acids, antibiotic production inducers discovered by Streptomyces coelicolor genome mining. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 105, Nr. 45, 11. November 2008, S. 17510–17515, doi:10.1073/pnas.0805530105, PMID 18988741, PMC 2582273 (freier Volltext).
  7. ↑ Carmen Diez-Simon, Roland Mumm, Robert D. Hall: Mass spectrometry-based metabolomics of volatiles as a new tool for understanding aroma and flavour chemistry in processed food products. In: Metabolomics. Band 15, Nr. 3, März 2019, doi:10.1007/s11306-019-1493-6, PMID 30868334, PMC 6476848 (freier Volltext).
  8. ↑ Klaus Müller, Helge Prinz, Matthias Lehr: Pharmazeutische/Medizinische Chemie: Arzneistoffe - von der Struktur zur Wirkung: mit 1898 Abbildungen und 54 Tabellen. 1. Auflage. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 2022, ISBN 978-3-8047-3925-3.
    1. ↑ S. 21
    2. ↑ 856-858
    3. ↑ S. 780
    4. 1 2 S. 1119-1120
    5. ↑ S. 1280-1281
    6. ↑ S. 264-265
    7. ↑ S. 321-323
  9. ↑ Eintrag zu 5-Methylfurfural in Food and Feed Information Portal Database | FIP. Abgerufen am 26. Februar 2026.
  10. ↑ Eintrag zu 2-Acetylfuran in Food and Feed Information Portal Database | FIP. Abgerufen am 26. Februar 2026.
  11. ↑ Eintrag zu Methyl-2-furoat in Food and Feed Information Portal Database | FIP. Abgerufen am 26. Februar 2026.
  12. ↑ Eintrag zu 2-Butylfuran in Food and Feed Information Portal Database | FIP. Abgerufen am 26. Februar 2026.
  13. ↑ Eintrag zu Furfural in Food and Feed Information Portal Database | FIP. Abgerufen am 26. Februar 2026.
  14. ↑ Eintrag zu Ethyl-2-furoat in Food and Feed Information Portal Database | FIP. Abgerufen am 26. Februar 2026.
  15. ↑ Eintrag zu Furfurylalkohol in Food and Feed Information Portal Database | FIP. Abgerufen am 26. Februar 2026.
  16. ↑ Eintrag zu Furfurylacetat in Food and Feed Information Portal Database | FIP. Abgerufen am 26. Februar 2026.
  17. ↑ Eintrag zu 2-Methylfuran in Food and Feed Information Portal Database | FIP. Abgerufen am 26. Februar 2026.
  18. ↑ Eintrag zu 2-Furansäure in Food and Feed Information Portal Database | FIP. Abgerufen am 26. Februar 2026.
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