正丁醇,又名1-丁醇,化学式为C4H10O,为无色透明的液体有机化合物,有酒味。
分子结构数据
摩尔折射率:22.11
摩尔体积(cm3/mol):92.0
等张比容(90.2 K):208.0
表面张力(dyne/cm):26.0
极化率(10-24cm3):8.76
计算化学数据
疏水参数计算参考值(XlogP):无
氢键供体数量:1
氢键受体数量:1
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:20.2
重原子数量:5
表面电荷:0
复杂度:13.1
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
毒理学数据
急性毒性
LD50:790 mg/kg(大鼠经口);100 mg/kg(小鼠经口);3484 mg/kg(兔经口);3400 mg/kg(兔经皮)
LC50:8000 ppm(大鼠吸入,4h)
刺激性
家兔经皮:405 mg(24 h),中度刺激。
家兔经眼:2 mg,重度刺激。
亚急性与慢性毒性
大鼠、小鼠吸入0.8 mg/m3,每周24 h,4个月,肝肾功能异常。
生态学数据
生态毒性
LC50:1910~1950 mg/L(96 h)(黑头呆鱼)
EC50:2337mg/L(24 h),1983mg/L(48 h)(水蚤)
IC50:650mg/L(72 h)(藻类)
生物降解性
好氧生物降解:24~168 h
厌氧生物降解:96~1296 h
非生物降解性
水中光氧化半衰期:2602~1.04×105 h
空气中光氧化半衰期:8.8~87.7 h
危险品标识
安全信息
安全术语
S7/9:Keep container tightly closed and in a well-ventilated place.保持容器严格密闭,置于通风良好的场所。
S13:Keep away from food, drink and animal feeding stuffs.远离食品、饮料和动物饲料保存。
S16:Keep away from sources of ignition - No smoking.远离火源,禁止吸烟。
S26:In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advice.眼睛接触后,立即用大量水冲洗并征求医生意见。
S36/37/39:Wear suitable protective clothing, gloves and eye/face protection.穿戴适当的防护服、手套和眼睛/面保护。
S45:In case of accident or if you feel unwell, seek medical advice immediately (show the lable where possible).发生事故时或感觉不适时,立即求医(可能时出示标签)。
S46:If swallowed, seek medical advice immediately and show this container or label.食入时,立即求医并出示容器/标签。
正丁醇风险术语
R10:Flammable.易燃的。
R22:Harmful if swallowed.吞食有害。
R37/38:Irritating to respiratory system and skin.刺激呼吸系统和皮肤。
R41:Risk of serious damage to eyes.对眼睛有严重损害的风险。
R67:Vapours may cause drowsiness and dizziness. 蒸汽可能引起困倦和眩晕。
正丁醇的合成
自1852年被发现以来,正丁醇就广泛应用于众多工业生产中。传统的丁醇生产主要包含了
乙醛缩合法、发酵法、
羰基合成法三种类型。
乙醛缩合法
乙醛缩合法是正丁醇生产的基本形式。在制备过程中,乙醛是基本原料。具体生产步骤如下:首先要准备适量的乙醛溶液,然后在碱性条件下进行羟醛缩合,进而得到2-羟基丁醛产物;接续进行脱水工艺制得丁烯醛,最后将丁烯醛进行镍铬催化加氢,即制得正丁醇。需要注意的是,在催化加氢温度需控制在180 ℃,加氢压力需保持在0.2 MPa。从合成过程来看,这种丁醇制作方式的操作难度较低,且没有异构体产生。该法主要弊端为工艺流程较长,碱作用下设备腐蚀严重,生产成本高,目前已基本被淘汰。
发酵法
发酵法在20世纪50、60年代以前应用较为广泛,通过水解反应、蒸馏、精馏等工艺生产正丁醇。具体过程包括,以富含淀粉的农作物作为主要生产原料,然后对其进行水解反应,在得到的水解液中加入丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌进行发酵,得到乙醇、丙酮、丁醇的混合物。从组成比例来看,三者的比例为1:3:6,最后根据三者物理性质的不同,在蒸馏和精馏控制下实现有效分离,进而得到目标正丁醇产物。生产过程中,原料广泛、设备投入少、生产条件温和、安全性高等都是其重要的优势所在,然而与后期的羰基合成法相比,底物抑制效应的不足阻碍了其自身的进一步发展,故而应用规模逐渐缩小。
低压羰基合成法
低压羰基合成法是目前最主要的丁醇生产技术。从生产工艺来看,丙烯、CO、H2是其主要的生产原料。在催化剂作用下,高效生产正丁醛和异丁醛;在分离两种丁醛基础上,对正丁醛进行加氢、精馏,进而得到正丁醇和异丁醇,最后进行分离,制得正丁醇。需要注意的是,在低压羰基合成法中,铜、锌等氧化物是其主要的催化剂成分,并且在催化反应过程中,丁醇转化器规格和型号必须相同,同时在电热偶反应管、瓷球和支撑弹簧的作用下其催化剂的有规范填装,进而确保正、异丁醇的高效生产。目前,低压羰基合成法应用中,其要求反应过程的温度需控制在90 ℃以下, 反应压力为2 MPa。在反应过程中,通过对催化剂进行优化,其正丁醇和异丁醇的产量已达到30:1,有效的满足了工业生产对正丁醇的需求。
乙醇同系化法合成正丁醇
乙醇同系化法是一种新的丁醇合成方式,其由 A. S. Ndou、Jerry D和美国的塞拉尼斯公司研究提出。与传统丁醇合成方式相比,该方法的制作流程较短,且副产物较少,绿色环保效益较高。其具体的合成反应方程式为:2CH3CH2OH→CH3CH2CH2CH2OH+H2O。
实践过程中,乙醇同系化法合成丁醇的具体路径为:以乙醇为原材料,然MgO、HT、γ-Al2O3、 HAP、ZnO-SiO2 等催化剂的催化下,负载Ge、Pd、Ni、Cs、Pt、Sn等多种金属离子,进而通过一系列化学反应,实现正丁醇生产。
正丁醇的用途
正丁醇可广泛的应用于化工、医药、食品甚至是能源领域,其应用消费的广泛性也就决定了其工业生产、科研研究的广泛关注度。正丁醇是重要的基本有机化工原料,主要用于生产
邻苯二甲酸二丁酯(DBP)等
增塑剂和
醋酸丁酯、
丙烯酸丁酯、
甲基丙烯酸丁酯等,也常作为有机合成中间体。