正丁酸

正丁酸

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正丁酸（n-Butyric acid）是一种重要的有机化合物，其化学结构为 CH₃CH₂CH₂COOH，CAS 号为 107-92-6。以下从性质、生产、应用、安全等方面进行详细介绍：

一、物理化学性质

• 外观与气味：无色透明液体，具有强烈的腐臭气味，类似变质黄油或奶酪的味道。
• 分子式与分子量：C₄H₈O₂，分子量 88.11。
• 物理常数：
  • 熔点：-7.9℃
  • 沸点：163.5℃
  • 密度：0.96 g/cm³（25℃）
  • 闪点：76.7℃（闭杯）
  • 溶解性：易溶于水、乙醇、乙醚等有机溶剂，可随水蒸气挥发。
• 化学特性：属于饱和脂肪酸，具有羧酸的典型反应，如与碱中和生成丁酸盐，与醇酯化生成丁酸酯。

二、生产方法

1. 正丁醛氧化法以正丁醛为原料，在过渡金属催化剂（如钴、锰盐）作用下，通入空气或氧气氧化生成正丁酸。反应温度控制在 55-60℃，产物经精馏提纯后纯度可达 95% 以上。该工艺路线简单、收率高，是工业上的主流方法。

2. 丙烯羰基化法丙烯与合成气（CO 和 H₂）在催化剂（如铑 - 膦络合物）作用下生成丁醛，再进一步氧化为正丁酸。此方法需高压条件，投资较大，且易产生副产物异丁酸，目前已逐渐被正丁醛氧化法取代。

3. 生物发酵法利用丁酸菌（如 Clostridium tyrobutyricum）发酵糖类或 CO₂，生成正丁酸。例如，CO₂发酵法在常温常压下通过厌氧细菌合成丁酸，具有环保优势，但产率较低，后处理复杂，尚未大规模工业化。

三、应用领域

1. 食品与香料工业

   • 作为食用香料，用于调配黄油、奶酪、水果等风味，是我国 GB 2760 允许使用的食品添加剂。
   • 丁酸酯类（如丁酸乙酯、丁酸丁酯）具有水果香气，广泛用于饮料、糖果、烘焙食品。

2. 医药领域

   • 用于合成维生素 B₂衍生物（如核黄素四丁酸酯）、γ- 氨基丁酸（GABA）等药物中间体。
   • 其钙盐可作为药物增溶剂，利用其在冷水中溶解度较大的特性。

3. 化工与材料

   • 生产丁酸纤维素，用于制造耐热、耐光的涂料、塑料薄膜和模塑制品。
   • 作为乳化剂、杀菌剂和萃取剂，应用于皮革鞣制、金属加工等行业。

4. 其他用途

   • 在农业中作为植物生长调节剂，或用于制备杀虫剂。
   • 作为有机合成原料，用于生产丁酸酐、丁酰氯等化工产品。

四、安全与储存

1. 危险性

   • 腐蚀性：对皮肤、眼睛和呼吸道有强刺激性，接触后需立即用大量清水冲洗并就医。
   • 可燃性：闪点较高（76.7℃），但蒸气与空气混合仍可能形成爆炸性混合物，需远离火源和氧化剂。
   • 环境危害：对水生生物有毒，应避免泄漏至水体。

2. 储存条件

   • 密封储存于阴凉、通风处，远离热源和明火，避免阳光直射。
   • 与强碱、强氧化剂、活性金属（如钠、钾）分开存放，防止发生剧烈反应。
   • 采用耐腐蚀的容器（如塑料桶或内衬树脂的金属桶）包装，符合 UN 2820（危险类别 8）的运输要求。

3. 操作防护

   • 操作人员需佩戴耐酸碱手套、防护眼镜和呼吸器，避免直接接触。
   • 工作场所应配备泄漏应急处理设备，如砂土、干粉灭火器等。

五、行业标准与法规

• 食品添加剂标准：中国国家标准 GB 1886.121-2015 规定了正丁酸作为食品添加剂的使用范围和限量。
• 职业接触限值：前苏联规定车间空气中最高容许浓度为 10 mg/m³，居民区大气中最高容许浓度为 0.015 mg/m³（昼夜均值）。
• 运输与包装：按危险化学品运输，UN 编号 2820，包装类别 Ⅲ 类，需张贴 “腐蚀品” 标签。

六、市场与发展趋势

• 市场需求：正丁酸的需求主要集中在食品香料、医药和化工领域。随着环保意识提升，生物发酵法生产正丁酸逐渐受到关注，但其成本较高，短期内仍以化学合成为主。
• 技术创新：研究聚焦于提高生物发酵法的产率和经济性，以及开发更高效的催化剂以优化化学合成工艺。
• 下游应用拓展：丁酸酯类在香精香料、涂料等领域的需求增长，推动正丁酸市场持续发展。

总结

正丁酸是一种多功能的有机化工原料，其生产以正丁醛氧化法为主，应用覆盖食品、医药、材料等多个领域。在使用和储存过程中，需严格遵守安全规范，以确保其高效利用和环境安全。随着技术进步，生物发酵法有望在未来实现规模化应用，进一步拓展其市场潜力。