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丁酸丁酯

   日期:2019-07-07     浏览:874    评论:0    
核心提示:丁酸丁酯丁酸丁酯, n-butyl butyrate,在常温状态下是一种无色、有水果香气的液体,可用作溶剂、色谱分析标准物质、有机合成,
丁酸丁酯

丁酸丁酯, n-butyl butyrate,在常温状态下是一种无色、有水果香气的液体,可用作溶剂、色谱分析标准物质、有机合成,也可用于香精配方中。
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
中文名称: 丁酸丁酯
英文名称:n-butyl butyrate
结构式:CH3CH2CH2COOCH2CH2CH2CH3
分子量: 144.21 
编号系统
CAS号:109-21-7
MDL号:MFCD00009450
EINECS号:203-656-8
RTECS号:ES8120000
BRN号:1747101
PubChem号:24885171 
物性数据
1.性状:无色液体
2.熔点(℃):-91.5
3.沸点(℃):164~165
4.相对密度(水=1):0.871
5.相对蒸气密度(空气=1):5.0
6.饱和蒸气压(kPa):1.73(55℃)
7.燃烧热(kJ/mol):-4839.6
8.辛醇/水分配系数:2.06
9.闪点(℃):53(OC)
10.爆炸上限(%):6.1
11.爆炸下限(%):1
12.溶解性:不溶于水,可混溶于乙醇、乙醚。
13.常温折射率:1.4029
14.生成热(KJ/mol):539.7
15.比热容:1.92
16.液相标准热熔:286.2 
毒理学数据
1、皮肤/眼睛刺激性
标准的Draize试验:兔子,皮肤接触:500mg/24H,反应的严重程度:中度。
2、急性毒性:
大鼠经腹腔LD50:2300mg/kg;小鼠经腹腔LC50:8900mg/kg;兔子经口LD50:9520mg/kg;兔子经皮肤接触LD50:>5mg/kg
3.急性毒性 LD50:9520mg/kg(兔经口)
4.刺激性 家兔经皮:500mg(24h),重度刺激。
生态学数据
其他有害作用 该物质对环境可能有危害,对水体应给予特别注意。
分子结构数据
1、摩尔折射率:40.88
2、摩尔体积:164.0
3、等张比容(90.2K)375.1
4、表面张力(dyne/cm):27.3
5、极化率:16.20 
计算化学数据
1.疏水参数计算参考值(XlogP):2.2
2.氢键供体数量:0
3.氢键受体数量:2
4.可旋转化学键数量:6
5.互变异构体数量:无
6.拓扑分子极性表面积26.3
7.重原子数量:10
8.表面电荷:0
9.复杂度:89.3
10.同位素原子数量:0
11.确定原子立构中心数量:0
12.不确定原子立构中心数量:0
13.确定化学键立构中心数量:0
14.不确定化学键立构中心数量:0
15.共价键单元数量:1 
性质与稳定性
1.化学性质比较稳定,但在氢氧化钠醇溶液中能够水解,生成丁酸和丁醇。在60℃加热10分钟约有90%发生水解。
2.稳定性 稳定
3.禁配物 强氧化剂、强碱、强酸
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剂作用下酯化而成,传统的生产工艺是以浓硫酸为催化剂,但存在副反应多、产品色泽深、后处理工艺复杂、设备腐蚀严重以及废酸污染环境等弊端,因此,开发替代浓硫酸的新型催化剂是当前倍受关注的研究课题。
1 磺酸催化体系
1.1 对甲苯磺酸催化剂
赵汝琪等研究发现,采用对甲苯磺酸催化合成丁酸丁酯的较佳条件为:以0.2 mol的丁酸为基准,醇酸摩尔比1.3,催化剂用量2.3%,反应2.0 h,带水剂甲苯10 mL,酯化率97.8%。李继忠以颗粒活性炭固载对甲苯磺酸作催化剂的较佳合成条件为:醇酸摩尔比为1.4,催化剂用量为反应物总质量的5.2%,反应75 min,此时酯化产率可达98.61%。反应液只需用蒸馏水洗后干燥,常压下蒸馏即可,后处理工艺简单。催化剂制作容易,且活性炭回收方便,可重复使用,反应时间短,酯化产率高,是一种具有开发前途的酯化反应催化剂。
1.2 氨基磺酸催化剂
林进等研究发现,采用氨基磺酸作催化剂的较佳反应条件为:以0.2 mol丁酸为基准,醇酸摩尔比1.8,催化剂用量1.0 g,甲苯15 mL, 110℃ ~ 130℃下反应2.0 h,酯化率高达98.2%。杨树采用氨基磺酸催化剂其较佳反应条件为:催化剂用量为0.2 g(以0.1 mol丁酸为基准),醇酸摩尔比为2,反应1.5 h,丁酸的酯化率可达97.65%。在磺酸类催化剂催化合成丁酸丁酯的反应中,对甲苯磺酸是一种强有机酸,其对设备的腐蚀性和环境污染比硫酸小,选择性好,价廉易得,易于保存、运输和使用,且用量少、活性高,产品色泽好,是一种适合于工业生产的催化剂,但反应液需经水洗、稀碳酸氢钠溶液洗、水洗、干燥后再蒸馏,后处理工艺复杂。氨基磺酸是中等酸性的固体酸,性质稳定,不挥发,不吸湿,反应条件温和,反应时间短,酯化率高,不腐蚀设备,尤其是不溶于反应体系,易与反应液分离,因而后处理工艺简单,不污染环境,是一种颇有应用前景的催化剂。不足之处是需加甲苯作带水剂,醇酸摩尔比较高,催化剂不宜重复使用。
2 无机盐催化体系
2.1 十二水合硫酸铁铵和硫酸氢钠催化剂
赵汝琪用十二水合硫酸铁铵为催化剂的较佳合成条件为:以0.2 mol丁酸为基准,醇酸摩尔比1.4,催化剂用量4.0 g,反应2.0 h,不加带水剂,酯化率为95.8%。此催化剂不溶于有机酸和醇,反应液可直接与催化剂分离,不需洗涤,后处理工艺简单。宋晓平等研究发现,采用硫酸氢钠催化合成丁酸丁酯的较佳合成条件为:以0.1 mol丁酸为基准,醇酸摩尔比1.1,催化剂用量0.1 g, 120℃ ~ 140℃下反应60 min,酯化率可达98.8%。杨树[8]也报道了采用硫酸氢钠为催化剂合成丁酸丁酯,较佳合成条件为:以0.1 mol丁酸为基准,催化剂用量为0.2 g,醇酸摩尔比3,反应1.5 h,酯化率可达99%。俞善信等发现用硫酸氢钠为催化剂合成丁酸丁酯的较佳合成条件为:当丁酸、正丁醇和硫酸氢钠的质量比为1.000∶ 1.250∶ 0.036时,回流分水45 min,酯收率达93.7%。陈丹云等研究指出,以硫酸氢钠为催化剂合成丁酸丁酯的适宜条件为:以0.2 mol丁酸为基准,醇酸摩尔比1.2,催化剂用量0.75 g,反应30 min,酯收率达89.62%。该催化剂的突出优势是活性高,用量少,不吸潮,易保存使用,易分离,价廉易得,后处理工艺简单,收率高,反应时间短,无废液排放,过量反应物正丁醇加入量少,不加带水剂,是目前最具开发应用价值的环境友好酯化催化剂之一。
2.2 硫酸钛和硫酸高铈催化剂
硫酸钛来源广泛,性质稳定,无吸湿性,价廉易得,对设备几乎无腐蚀,反应条件温和,操作方便,可再生重复使用,用量少,是一种有前途的酯化催化剂。刘华亭采用硫酸钛催化合成丁酸丁酯的较佳合成条件为:以0.2 mol丁酸为基准,醇酸摩尔比1.6,催化剂用量0.8 g,反应2 h,甲苯15 mL,酯化率96.2%,催化剂重复使用6次酯化率仍高达95.8%。不足的是酯化反应时,需加入甲苯作带水剂,降低了其作为食用香料的安全性,且醇酸摩尔比较高。吴长增采用硫酸高铈为催化剂与丁酸的摩尔比是0.016 95,醇酸摩尔比1.3,带水剂环己烷10 mL,反应90 min,酯化率98.5%,催化剂重复使用3次仍有较好的催化效果。不足之处是反应完成后,滤出催化剂,反应液需经水洗,无水硫酸干燥后再蒸馏,后处理工艺繁琐,有待于进一步改进。
2.3 三氯化铁和四氯化锡催化剂
三氯化铁对酯化反应有良好的催化效果,且价廉易得,但不足之处是易吸潮,易溶于大多数有机溶剂从而形成均相催化体系,难以分离,不能重复利用。陈丹云等研究发现,以硅胶为载体制得三氯化铁固载化催化剂,较佳合成条件为:以0.2 mol正丁酸为基准,醇酸摩尔比1.4,催化剂用量2.0 g,反应90 min,酯收率86.1%。研究表明硅胶固载三氯化铁是合成丁酸丁酯的良好催化剂,表现在制备简单、催化活性高、价廉易得、易于保存、使用方便、反应时间短及催化剂可重复使用等方面。
3 固体超强酸催化体系
固体超强酸是酸强度比100%硫酸更强的酸,也是新型环境友好催化剂。在酯化、裂解、烷基化以及聚合等领域有广泛应用前景,具有酸性强,对水稳定,耐高温,不腐蚀设备,制备简单,易于分离,污染少等优点。
4 杂多酸催化体系
杂多酸是一类含有氧桥的多酸配位化合物,是由不同含氧酸之间配聚形成的,它具有较强的酸性和适中的氧化还原性,是一种新型的多功能催化剂,该催化剂具有活性高、选择性好、寿命长、对设备无腐蚀等特点,但与醇和羧酸形成均液相催化物系,不能回收利用,反应液需经洗涤,废液排放量大,将其制成固载杂多酸(盐)就可回收利用,且不污染环境,能提高经济效益。
硅钨酸和磷钨酸催化剂
欧阳玉祝等研究发现,采用活性炭吸附硅钨酸催化合成丁酸丁酯,较佳合成条件为:正丁酸0.1 mol,醇酸摩尔比1.5,带水剂环己烷15 mL,催化剂用量1.5 g,反应5 h,产率93.5%。酯化反应完成后,催化剂不经处理直接重复使用6次,产率仍达90%以上。马雪琴等研究了以钨硅酸代替硫酸催化合成丁酸丁酯,较佳合成条件为:以0.2 mol正丁酸为基准,醇酸摩尔比1.5,钨硅酸1 g,带水剂苯15 mL, 90℃ ~ 96℃反应1.5 h,此时酯化率高达98.1%。王衍等研究指出,用活性炭负载磷钨酸催化合成丁酸丁酯,其较佳实验条件为:取0.2 mol正丁酸,磷钨酸负载量为21%左右,醇酸摩尔比为1.5,反应2.5 h,催化剂用量为酸质量的2%,带水剂甲苯10 mL,其酯化率可达94.5%。并对催化剂重复使用效果进行了实验,催化剂重复使用至第6次,其酯化率仍可达到90.7%。
丁酸丁酯的合成研究在国内获得了较大进展,各种催化剂的研制应用,都以高效、腐蚀性小、易于分离、重复使用性好、成本低为出发点。无论是反应机理的探讨,还是产品收率、质量的提高,都获得了理想的数据,为工业化生产提供了丰富的理论依据。其中催化剂硫酸氢钠的突出优势是活性高,用量少,不吸潮,易保存使用,易分离,价廉易得,后处理工艺简单,收率高,反应时间短,无废液排放,过量反应物正丁醇加量少,不加带水剂,是目前最具开发应用价值的环境友好酯化催化剂之一。稀土改性的固体超强酸酯化反应温度低,反应时间短,催化剂用量少,可较好地回收循环使用,无废酸排放,工艺流程简便,可降低成本,是合成丁酸丁酯的优良催化剂,有良好的应用前景。固载杂多酸(盐)在合成丁酸丁酯中有高的催化活性,值得今后关注。微波作为一种高效、节能、方便、省时的特殊加热源,研究开发微波作用下的合成体系,具有广阔的应用前景。
贮存方法
储存注意事项 储存于阴凉、通风的库房。库温不宜超过37℃。远离火种、热源。保持容器密封。应与氧化剂、酸类、碱类分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。
用途
1:用作溶剂、色谱分析标准物质,也用于有机合成。
2:用于香精配方中。广泛用于食用香精配方中,在烟用香精中也有用途;也可用日化香精中,但是应用有限。IFRA无限制规定。
3 丁酸丁酯又称酪酸丁酯,是我国GB 2760— 86规定允许使用的食用香料之一,广泛用于糖果、饼干、汽水、面包、冰淇淋等食品。在工业上也用作硝化纤维素、虫胶、香豆酮树脂和涂料的溶剂。
危险性
健康危害: 在工业生产中未发现对人的危害。动物中毒的表现为暂时的兴奋,共济失调,上呼吸道刺激,迅速发展至呼吸紊乱。
燃爆危险: 本品易燃,具刺激性。 
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