丁酸,又名酪酸,是一种直链饱和脂肪酸,化学式为CH3(CH2)2COOH,常温常压下丁酸是一种腐臭的酸味油状液体,能与水、乙醇和乙醚混溶。
理化性质
物理性质
分子结构数据
摩尔折射率:22.14
摩尔体积(cm3/mol):89.1
等张比容(90.2K):213.0
表面张力(dyne/cm):32.5
极化率(10-24cm3):8.77
化学性质
酸的通性
由于酸的通性,因此丁酸能解离出氢离子,所以丁酸能与碱发生中和反应生成对应的丁酸盐与水(丁酸pKa=4.81)。如丁酸分别与氢氧化钠与氢氧化钙反应分别生成了
丁酸钠和
丁酸钙:
由于丁酸的酸性比碳酸强,因此丁酸还可与碳酸盐反应生成丁酸盐、二氧化碳与水:
脱水反应
丁酸在脱水剂(如
五氧化二磷)的存在下加热,两个丁酸分子间能失去一个水分子(分别脱去一个羧基中的-OH和另一个羧基的-H)生成
丁酸酐:
酯化反应
丁酸可与醇在酸的作用下可脱水生成酯。如丁酸与丁醇在浓硫酸的作用下反应可生成
丁酸丁酯:此反应是可逆的。
α-H反应
在三氯化磷、三溴化磷等作用下,卤素可取代丁酸的α-H(此反应也称为Hell-Volhard-Zelinsky反应)。如丁酸在三溴化磷的存在下与溴反应生成
2-溴丁酸:
脱羧反应
在一定的条件下,丁酸可失去CO2发生
脱羧反应,生成
丙烷和二氧化碳:
丁酰胺的形成
丁酸可在有脂肪酶的存在下与氨气反应,丁酸中的羧基可直接被氨基取代生成
丁酰胺:
丁酸的还原
丁酸虽然很难用催化氢化法还原,但可以用氢化铝锂或乙硼烷还原,最终被还原为丁醇:
这个反应实际上是丁酸先转变为丁酸锂,然后氢化铝再与丁酸锂接近,与羰基氧形成配合物,再将负氢从锂转移到羰基碳上,接着消除LiOAlH2形成
丁醛。然后丁醛再与第二分子氢化铝锂反应,制得
丁醇。因此这个反应实际上是:
丁酸的氧化
高纯度的丁酸具有可燃性,丁酸的氧化实质上是丁酸的燃烧,与大多数有机物相同,丁酸在氧气中燃烧生成水和二氧化碳:
应用领域
化工领域
丁酸是重要的化工原料之一,丁酸的纤维素酯及其衍生物具有良好的耐光性和耐热性,适用于室外涂料,如电缆的涂层漆、设备涂层和飞机机翼的涂层,也可用于喷漆和模塑。醋酸丁酸纤维素酯能溶于许多溶剂中与树脂、塑料互混能力比单醋酸纤维素酯强,并具有高度的抗湿能力。它们还具有优良的成形性能和形稳性,这类塑料适用于干挤,即使加工较长的物件也能保证形态的完好,常被用于制造牙刷柄、建筑纸板、扶手、彩色闪光灯罩、钮子、仪表外壳、安全帽、眼镜和消防器材等日用品。也可用于清漆、乳化剂和萃取剂,也可在皮革鞣制中用作
脱钙剂。电解法测定铜时,常用来消除铁的影响。
食品用途
丁酸在食品上主要用来生产酯类产品作为食品添加剂和香精,丁酸的酯类具有愉快的水果香味,被用作食品添加剂。如丁酸甲酯有苹果香味,
丁酸乙酯有菠萝香味,
丁酸异戊酯有雪梨香味,丁酰胺类化合物有辣椒味。日用香精中还有
丁酸芳樟酯。
丁酸是中国允许使用的食用香料,常用于黄油、干酪和水果香精的增香。用量按正常生产需要,一般在糖果中82 mg/kg;口香糖中60~270 mg/kg;烘烤食品中32 mg/kg;人造奶油中18 mg/kg;冷饮6.5 mg/kg。
丁酸盐离子以及类似的丁酸离子据称可以增强人类和许多其他动物物种的肠道健康,并且肠道中的细菌从膳食纤维中产生丁酸盐,尤其是豆类和坚果中的纤维,短链脂肪酸盐或者丁酸酯在人体肠道健康中起着关键作用,影响免疫调节,细胞分化和细胞凋亡,同时也是结肠细胞的首选碳源。
医药领域
丁酸在医药上主要用于医药中间体的制备,如γ-氨基丁酸对鲫抗缺氧能力有显著作用;(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯是用于合成Benazepril, Enalapril, Lisinopril, Ramipril等多种血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)的重要中间体,该类药物主要用于治疗高血压和充血性心力衰竭等心血管疾病;烷基取代的-γ-氨基丁酸衍生物对治疗神经病有一定作用。
计算化学数据
XLogP3:0.8
精确质量:88.052429494 克/摩尔
氢键供体数量:1
氢键受体数量:2
可旋转化学键数量:2
互变异构体数量:0
拓扑分子极性表面积:37.3Å2
重原子数量:6
表面电荷:0
复杂度:49.5
同位素原子数量:0
确定原子立构中心数量:0
不确定原子立构中心数量:0
确定化学键立构中心数量:0
不确定化学键立构中心数量:0
共价键单元数量:1
安全措施
危害性
健康危害:高浓度一次接触,可引起皮肤、眼或粘膜和中度刺激性损害;
环境危害:丁酸具有可燃性、腐蚀性刺激性,丁酸对大多数金属都有腐蚀性。排放对环境有害,会对水体造成污染;遇明火、高热或与氧化剂接触易燃,有引起燃烧爆炸的危险。
有害燃烧产物:一氧化碳、二氧化碳。
危害防治
灭火方法:用水喷射逸出液体,使其稀释成不燃性混合物,并用雾状水保护消防人员。
灭火剂:雾状水、抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。
皮肤接触:脱去污染的衣着,用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。
眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗,并就医。
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。
泄露处理:迅速撤离泄漏污染区人员至安全区,并进行隔离,严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防酸碱工作服。不要直接接触泄漏物。尽可能切断泄漏源。防止流入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏:用砂土或其它不燃材料吸附或吸收。也可以用大量水冲洗,洗水稀释后放入废水系统。大量泄漏:构筑围堤或挖坑收容。用泡沫覆盖,降低蒸气灾害。用泵转移至槽车或专用收集器内,回收或运至废物处理场所处置。
防护措施
呼吸系统防护:空气中浓度超标时,应该佩戴防毒面具。必要时佩带自给式呼吸器。
眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。
防护服:穿工作服(防腐材料制作)。
手防护:戴橡皮手套。
其他:工作后,淋浴更衣。注意个人清洁卫生。
毒理学数据
1、皮肤/眼睛刺激性
开放的刺激试验:兔子,皮肤接触:500 mg,反应的严重程度:中度。
标准的Draize试验:兔子,皮肤接触:20 mg/24H,反应的严重程度:中度。
2、急性毒性
大鼠经口LD50:2940 mg/kg
大鼠经吸入LC:>500 mg/m3
小鼠经口LDLo:500 mg/kg
小鼠经吸入LC:>500 mg/m3
小鼠经腹腔LD50:3180 mg/kg
小鼠经皮下LD50:3180 mg/kg
小鼠经静脉LD50:800 mg/kg
兔子经皮肤接触LD50:530 μL/kg
3、其他多剂量毒性
大鼠经吸入TDLo:14 mg/kg/7D-C
小鼠经口TDLo:33600 mg/kg/7D-C
仓鼠经口TDLo:14 mg/kg/7D-C
4、致突变性
人HeLa细胞的DNA损害:3 mmol/L
人淋巴细胞的DNA抑制:4 mmol/L
鸡的纤维细胞的DNA损害:2 mmol/L
5、属低毒类。其蒸气能引起皮肤和眼睛的炎症。工作场所最高容许浓度10.0 mg/m3。
储存运输
储存方法
储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。保持容器密封。应与氧化剂、还原剂、碱类分开存放,切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。
运输方法
起运时包装要完整,装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与氧化剂、还原剂、碱类、食用化学品等混装混运。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。公路运输时要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。