丁酸丁酯， n-butyl butyrate，在常溫狀態下是一種無色、有水果香氣的液體，可用作溶劑、色譜分析標準物質、有機合成，也可用於香精配方中。
基本介紹
- 中文名：丁酸丁酯
- 外文名： n-butyl butyrate
- CAS No： 109-21-7
- 分子式：C8H16O2
基本信息,編號系統,物性數據,毒理學數據,生態學數據,分子結構數據,計算化學數據,性質與穩定性,合成方法,貯存方法,用途,危險性,
基本信息
中文名稱： 丁酸丁酯
英文名稱：n-butyl butyrate
結構式：CH3CH2CH2COOCH2CH2CH2CH3
分子量： 144.21
編號系統
CAS號：109-21-7
MDL號：MFCD00009450
EINECS號：203-656-8
RTECS號：ES8120000
BRN號：1747101
PubChem號：24885171
物性數據
1.性狀：無色液體
2.熔點（℃）：-91.5
3.沸點（℃）：164~165
4.相對密度（水=1）：0.871
5.相對蒸氣密度（空氣=1）：5.0
6.飽和蒸氣壓（kPa）：1.73（55℃）
7.燃燒熱（kJ/mol）：-4839.6
8.辛醇/水分配係數：2.06
9.閃點（℃）：53（OC）
10.爆炸上限（%）：6.1
11.爆炸下限（%）：1
12.溶解性：不溶於水，可混溶於乙醇、乙醚。
13.常溫折射率：1.4029
14.生成熱（KJ/mol）：539.7
15.比熱容：1.92
16.液相標準熱熔：286.2
毒理學數據
1、皮膚/眼睛刺激性
標準的Draize試驗：兔子，皮膚接觸：500mg/24H，反應的嚴重程度：中度。
2、急性毒性：
大鼠經腹腔LD50：2300mg/kg；小鼠經腹腔LC50：8900mg/kg；兔子經口LD50：9520mg/kg；兔子經皮膚接觸LD50：>5mg/kg
3.急性毒性 LD50：9520mg/kg（兔經口）
4.刺激性 家兔經皮：500mg（24h），重度刺激。
生態學數據
其他有害作用 該物質對環境可能有危害，對水體應給予特別注意。
分子結構數據
1、摩爾折射率：40.88
2、摩爾體積：164.0
3、等張比容（90.2K）375.1
4、表面張力（dyne/cm）：27.3
5、極化率：16.20
計算化學數據
1.疏水參數計算參考值（XlogP）:2.2
2.氫鍵供體數量:0
3.氫鍵受體數量:2
4.可旋轉化學鍵數量:6
5.互變異構體數量:無
6.拓撲分子極性表面積26.3
7.重原子數量:10
8.表面電荷:0
9.複雜度:89.3
10.同位素原子數量:0
11.確定原子立構中心數量:0
12.不確定原子立構中心數量:0
13.確定化學鍵立構中心數量:0
14.不確定化學鍵立構中心數量:0
15.共價鍵單元數量:1
性質與穩定性
1.化學性質比較穩定，但在氫氧化鈉醇溶液中能夠水解，生成丁酸和丁醇。在60℃加熱10分鐘約有90%發生水解。
2.穩定性 穩定
3.禁配物 強氧化劑、強鹼、強酸
4.聚合危害 不聚合
合成方法
丁酸丁酯通常是由正丁酸和正丁醇在催化劑作用下酯化而成,傳統的生產工藝是以濃硫酸為催化劑,但存在副反應多、產品色澤深、後處理工藝複雜、設備腐蝕嚴重以及廢酸污染環境等弊端,因此,開發替代濃硫酸的新型催化劑是當前倍受關注的研究課題。
1 磺酸催化體系
1.1 對甲苯磺酸催化劑
趙汝琪等研究發現,採用對甲苯磺酸催化合成丁酸丁酯的較佳條件為:以0.2 mol的丁酸為基準,醇酸摩爾比1.3,催化劑用量2.3%,反應2.0 h,帶水劑甲苯10 mL,酯化率97.8%。李繼忠以顆粒活性炭固載對甲苯磺酸作催化劑的較佳合成條件為:醇酸摩爾比為1.4,催化劑用量為反應物總質量的5.2%,反應75 min,此時酯化產率可達98.61%。反應液只需用蒸餾水洗後乾燥,常壓下蒸餾即可,後處理工藝簡單。催化劑製作容易,且活性炭回收方便,可重複使用,反應時間短,酯化產率高,是一種具有開發前途的酯化反應催化劑。
1.2 氨基磺酸催化劑
林進等研究發現,採用氨基磺酸作催化劑的較佳反應條件為:以0.2 mol丁酸為基準,醇酸摩爾比1.8,催化劑用量1.0 g,甲苯15 mL, 110℃ ～ 130℃下反應2.0 h,酯化率高達98.2%。楊樹採用氨基磺酸催化劑其較佳反應條件為:催化劑用量為0.2 g(以0.1 mol丁酸為基準),醇酸摩爾比為2,反應1.5 h,丁酸的酯化率可達97.65%。在磺酸類催化劑催化合成丁酸丁酯的反應中,對甲苯磺酸是一種強有機酸,其對設備的腐蝕性和環境污染比硫酸小,選擇性好,價廉易得,易於保存、運輸和使用,且用量少、活性高,產品色澤好,是一種適合於工業生產的催化劑,但反應液需經水洗、稀碳酸氫鈉溶液洗、水洗、乾燥後再蒸餾,後處理工藝複雜。氨基磺酸是中等酸性的固體酸,性質穩定,不揮發,不吸濕,反應條件溫和,反應時間短,酯化率高,不腐蝕設備,尤其是不溶於反應體系,易與反應液分離,因而後處理工藝簡單,不污染環境,是一種頗有套用前景的催化劑。不足之處是需加甲苯作帶水劑,醇酸摩爾比較高,催化劑不宜重複使用。
2 無機鹽催化體系
2.1 十二水合硫酸鐵銨和硫酸氫鈉催化劑
趙汝琪用十二水合硫酸鐵銨為催化劑的較佳合成條件為:以0.2 mol丁酸為基準,醇酸摩爾比1.4,催化劑用量4.0 g,反應2.0 h,不加帶水劑,酯化率為95.8%。此催化劑不溶於有機酸和醇,反應液可直接與催化劑分離,不需洗滌,後處理工藝簡單。宋曉平等研究發現,採用硫酸氫鈉催化合成丁酸丁酯的較佳合成條件為:以0.1 mol丁酸為基準,醇酸摩爾比1.1,催化劑用量0.1 g, 120℃ ～ 140℃下反應60 min,酯化率可達98.8%。楊樹[8]也報導了採用硫酸氫鈉為催化劑合成丁酸丁酯,較佳合成條件為:以0.1 mol丁酸為基準,催化劑用量為0.2 g,醇酸摩爾比3,反應1.5 h,酯化率可達99%。俞善信等發現用硫酸氫鈉為催化劑合成丁酸丁酯的較佳合成條件為:當丁酸、正丁醇和硫酸氫鈉的質量比為1.000∶ 1.250∶ 0.036時,回流分水45 min,酯收率達93.7%。陳丹雲等研究指出,以硫酸氫鈉為催化劑合成丁酸丁酯的適宜條件為:以0.2 mol丁酸為基準,醇酸摩爾比1.2,催化劑用量0.75 g,反應30 min,酯收率達89.62%。該催化劑的突出優勢是活性高,用量少,不吸潮,易保存使用,易分離,價廉易得,後處理工藝簡單,收率高,反應時間短,無廢液排放,過量反應物正丁醇加入量少,不加帶水劑,是目前最具開發套用價值的環境友好酯化催化劑之一。
2.2 硫酸鈦和硫酸高鈰催化劑
硫酸鈦來源廣泛,性質穩定,無吸濕性,價廉易得,對設備幾乎無腐蝕,反應條件溫和,操作方便,可再生重複使用,用量少,是一種有前途的酯化催化劑。劉華亭採用硫酸鈦催化合成丁酸丁酯的較佳合成條件為:以0.2 mol丁酸為基準,醇酸摩爾比1.6,催化劑用量0.8 g,反應2 h,甲苯15 mL,酯化率96.2%,催化劑重複使用6次酯化率仍高達95.8%。不足的是酯化反應時,需加入甲苯作帶水劑,降低了其作為食用香料的安全性,且醇酸摩爾比較高。吳長增採用硫酸高鈰為催化劑與丁酸的摩爾比是0.016 95,醇酸摩爾比1.3,帶水劑環己烷10 mL,反應90 min,酯化率98.5%,催化劑重複使用3次仍有較好的催化效果。不足之處是反應完成後,濾出催化劑,反應液需經水洗,無水硫酸乾燥後再蒸餾,後處理工藝繁瑣,有待於進一步改進。
2.3 三氯化鐵和四氯化錫催化劑
三氯化鐵對酯化反應有良好的催化效果,且價廉易得,但不足之處是易吸潮,易溶於大多數有機溶劑從而形成均相催化體系,難以分離,不能重複利用。陳丹雲等研究發現,以矽膠為載體製得三氯化鐵固載化催化劑,較佳合成條件為:以0.2 mol正丁酸為基準,醇酸摩爾比1.4,催化劑用量2.0 g,反應90 min,酯收率86.1%。研究表明矽膠固載三氯化鐵是合成丁酸丁酯的良好催化劑,表現在製備簡單、催化活性高、價廉易得、易於保存、使用方便、反應時間短及催化劑可重複使用等方面。
3 固體超強酸催化體系
固體超強酸是酸強度比100%硫酸更強的酸,也是新型環境友好催化劑。在酯化、裂解、烷基化以及聚合等領域有廣泛套用前景,具有酸性強,對水穩定,耐高溫,不腐蝕設備,製備簡單,易於分離,污染少等優點。
4 雜多酸催化體系
雜多酸是一類含有氧橋的多酸配位化合物,是由不同含氧酸之間配聚形成的,它具有較強的酸性和適中的氧化還原性,是一種新型的多功能催化劑,該催化劑具有活性高、選擇性好、壽命長、對設備無腐蝕等特點,但與醇和羧酸形成均液相催化物系,不能回收利用,反應液需經洗滌,廢液排放量大,將其製成固載雜多酸(鹽)就可回收利用,且不污染環境,能提高經濟效益。
矽鎢酸和磷鎢酸催化劑
歐陽玉祝等研究發現,採用活性炭吸附矽鎢酸催化合成丁酸丁酯,較佳合成條件為:正丁酸0.1 mol,醇酸摩爾比1.5,帶水劑環己烷15 mL,催化劑用量1.5 g,反應5 h,產率93.5%。酯化反應完成後,催化劑不經處理直接重複使用6次,產率仍達90%以上。馬雪琴等研究了以鎢矽酸代替硫酸催化合成丁酸丁酯,較佳合成條件為:以0.2 mol正丁酸為基準,醇酸摩爾比1.5,鎢矽酸1 g,帶水劑苯15 mL, 90℃ ～ 96℃反應1.5 h,此時酯化率高達98.1%。王衍等研究指出,用活性炭負載磷鎢酸催化合成丁酸丁酯,其較佳實驗條件為:取0.2 mol正丁酸,磷鎢酸負載量為21%左右,醇酸摩爾比為1.5,反應2.5 h,催化劑用量為酸質量的2%,帶水劑甲苯10 mL,其酯化率可達94.5%。並對催化劑重複使用效果進行了實驗,催化劑重複使用至第6次,其酯化率仍可達到90.7%。
丁酸丁酯的合成研究在國內獲得了較大進展,各種催化劑的研製套用,都以高效、腐蝕性小、易於分離、重複使用性好、成本低為出發點。無論是反應機理的探討,還是產品收率、質量的提高,都獲得了理想的數據,為工業化生產提供了豐富的理論依據。其中催化劑硫酸氫鈉的突出優勢是活性高,用量少,不吸潮,易保存使用,易分離,價廉易得,後處理工藝簡單,收率高,反應時間短,無廢液排放,過量反應物正丁醇加量少,不加帶水劑,是目前最具開發套用價值的環境友好酯化催化劑之一。稀土改性的固體超強酸酯化反應溫度低,反應時間短,催化劑用量少,可較好地回收循環使用,無廢酸排放,工藝流程簡便,可降低成本,是合成丁酸丁酯的優良催化劑,有良好的套用前景。固載雜多酸(鹽)在合成丁酸丁酯中有高的催化活性,值得今後關注。微波作為一種高效、節能、方便、省時的特殊加熱源,研究開發微波作用下的合成體系,具有廣闊的套用前景。
貯存方法
儲存注意事項 儲存於陰涼、通風的庫房。庫溫不宜超過37℃。遠離火種、熱源。保持容器密封。應與氧化劑、酸類、鹼類分開存放，切忌混儲。採用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。
用途
1：用作溶劑、色譜分析標準物質，也用於有機合成。
2：用於香精配方中。廣泛用於食用香精配方中，在煙用香精中也有用途；也可用日化香精中，但是套用有限。IFRA無限制規定。
3 丁酸丁酯又稱酪酸丁酯,是我國GB 2760— 86規定允許使用的食用香料之一,廣泛用於糖果、餅乾、汽水、麵包、冰淇淋等食品。在工業上也用作硝化纖維素、蟲膠、香豆酮樹脂和塗料的溶劑。
危險性
健康危害： 在工業生產中未發現對人的危害。動物中毒的表現為暫時的興奮，共濟失調，上呼吸道刺激，迅速發展至呼吸紊亂。
燃爆危險： 本品易燃，具刺激性。
