Ⅰ 高分！！急！丁酮的合成
3-羥基丁酮，又名乙偶姻、甲基乙醯甲醇，存在於乳品和某些水果中，是一種應用廣泛的食用香料，我國GB 2760-86規定其允許食用。3-羥基丁酮作為香料應用范圍極其廣泛，用量也較大，其最主要的作用是用於奶油、乳品、酸奶和草莓型等香料的生產。此外，3-羥基丁酮還可以作為一種平台化合物，廣泛應用於其他眾多行業，2004年美國能源部將其列為30種優先開發利用的平台化合物之一。近年來隨著人們對3-羥基丁酮需求的不斷增長，有關3-羥基丁酮的生產方法及應用研究已引起人們的廣泛關注。
1 3-羥基丁酮的合成方法
1.1 化學法
目前，國內外3-羥基丁酮工業化生產方法主要有3種：①丁二酮部分加氫還原工藝；②2，3-丁二醇選擇性氧化工藝；③丁酮氯化水解工藝。這3種方法存在產品收率和得率較低，且環境污染較嚴重等缺點，而且產品質量很難達到目前3-羥基丁酮的最大消費領域——食用香料的要求；更為嚴重的是這3種工藝的原料來源限制了其大規模的發展。工藝①和③中所使用的原料丁二酮和丁酮目前均來自於不可再生的化石資源——石油，隨著石油資源的日益短缺以及石油價格的日益攀升，這2條工藝路線的成本將越來越高，勢必會進一步增加3-羥基丁酮的生產成本；工藝②中的原料2，3-丁二醇可以通過化學法生產，也可以通過微生物發酵法生產，通過化學法生產2，3-丁二醇同樣也存在石油資源短缺與環境污染等帶來的壓力；而通過微生物發酵法生產的2，3-丁二醇本身也是香料，而非大宗化工產品，因此該工藝路線的原料成本很高，加上2，3-丁二醇選擇性氧化的轉化率較低，因此使用該工藝路線生產3-羥基丁酮同樣不符合可持續發展的潮流。
1.2 生物法
基於對上述3種化學法合成3-羥基丁酮工藝路線以及產品質量的擔憂，人們開始尋求利用生物合成法來替代化學合成法，以期待減輕資源與環境壓力，提高產品質量。
2 生物法合成3-羥基丁酮的研究概況
2.1 酶轉化法生產3-羥基丁酮
1992年，Hummel等用微生物菌體中的酶作為催化劑進行還原反應，該方法是通過培養乳酸桿菌或酵母菌分離純化其中的丁二酮還原酶，在pH5.0、溫度70℃下，應用該還原酶及輔酶NAPH催化轉化丁二酮，生成3-羥基丁酮，使用該方法產率最高達100%，沒有其他副產物，並可以獲得旋光度一定的產品。2003年，De Faveri等開發了一種附有醇脫氫酶活力的膜反應器，採用漢氏醋桿菌(Acetobacter hansenii)MIM 2000/5全細胞催化2，3-丁二醇合成3-羥基丁酮，在建立該過程中物質和能量平衡數學模型的基礎上，考察了溶氧水平、P/O比例對該催化反應的影響，在最適反應條件下2，3-丁二醇轉化為3-羥基丁酮的最大摩爾轉化率達71.6%，3-羥基丁酮的最高質量濃度達8.93g/L。以上這些方法和化學合成法相似，都是以丁二酮或2，3-丁二醇為原料，經酶法部分還原或氧化生成3-羥基丁酮，區別在於酶法產物得率高，沒有其他副產物，並且產物具有旋光度，但要獲得大量特異性的酶比較困難，而且其底物來源受到了限制。酶轉化法未能從根本上改變3-羥基丁酮生產過程中所面臨的資源與環境壓力，因此該路線尚不具備大規模工業化生產的潛力。
2.2 發酵法生產3-羥基丁酮
無論化學合成法生產還是酶轉化法都是以丁二酮或2，3-丁二醇等為原料，丁二酮和2，3-丁二醇也是合成香料而非大宗化工產品，原料來源及價格都受到限制，這可能也是目前3-羥基丁酮沒有得到較好研究開發的原因之一，因此積極開發以糖質為原料利用微生物發酵生產3-羥基丁酮有望改變這一局面。
2.2.1 發酵菌株
自然界中的某些細菌具有產3-羥基丁酮的能力，主要包括克雷伯氏菌屬(Klebisella)、腸桿菌屬(Enterobacter)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、沙雷氏菌屬(Serratia)以及乳球菌屬(Lactococcus)等。但是在大多數菌株代謝過程中，3-羥基丁酮是作為2，3-丁二醇和丁二酮代謝的副產物而存在的，在發酵過程中，積累濃度較低，這直接導致了難以利用這些微生物菌種工業化發酵生產3-羥基丁酮。針對該問題，趙祥穎和劉建軍等選育獲得了一株高產3-羥基丁酮的枯草芽孢桿菌SFA-H31(CGMCC1869)，可有效地轉化葡萄糖生成3-羥基丁酮，該菌株在50L發酵罐中發酵培養52h，葡萄糖轉化生成3-羥基丁酮的轉化率高達48.26%，已接近理論轉化率(48.9%)，其生物合成3-羥基丁酮的最高產量達55.67g/L，並且該菌株不產生伴隨副產物丁二酮和2，3-丁二醇，是一株極具研究開發價值的3-羥基丁酮生產菌株。此外Xu等從葡萄園和蘋果園的土樣中篩選得到一株短小芽孢桿菌XH195(DSM16187)，該菌株能夠在含氯化鈉質量濃度為100g/L的培養基上生長，以葡萄糖或蔗糖為碳源，37℃下發酵60 h後，3-羥基丁酮的產量分別達63.0g/L或58.1 g/L。
3-羥基丁酮廣泛的應用領域、相關發酵菌株及研究情況分別見表1及表2。
表1 3-羥基丁酮廣泛的應用領域
應用領域
衍生物及使用特性
功能
日化食品行業
合成環己烯衍生物等香味化合物
廣泛應用
酒中重要的呈香呈味物質
與雙乙醯等配合使用可使酒體豐滿，後味圓潤
制葯工業
與雙乙醯混合使用
治療乳腺炎
制備吡咯烷酮或四氫吡咯的煙鹼衍生物
重要的醫葯中間體
與活性位點的半胱氨酸的殘基進行鍵合
尿素酶的抑制劑
昆蟲性激素
生物農葯
化學工業
與脂肪二元羧酸形成的酯
防凍劑和增塑劑
3-羥基丁酮的羧酸酯
聚氯乙烯增塑劑
3-羥基丁酮
含氯聚合物的穩定劑
3-羥基丁酮
起泡劑
塗料工業
合成新型親水塗料，用於醇酸樹脂的表面塗層
抗氧化性能，延長樹脂的使用壽命
IT行業
光學活性的3-羥基丁酮衍生物
液晶材料的重要成分
表2 相關發酵菌株及研究情況
菌種
學名及編號
底物
3-羥基丁酮產量/(g·L-1)
參考文獻
陰溝腸桿菌
Enterobacter cloacae ATCC 27613
蔗糖
<14
[15]
黏質沙雷氏桿菌
Serratia marcescens IAM 1022
葡萄糖
6.62
[16]
肺炎克雷伯氏桿菌
Klebsiella neumoniae NRRL B-199
葡萄糖
17-19
[17]
乳酸乳球菌乳酸亞種
Lactococcus lactis subsp.lacrs 3022
葡萄糖
9.28
118]
產酸克雷伯氏桿菌
Klebsiella osytoca DSM 3539
糖蜜
4.3
[19]
產氣腸桿菌
Enterobacter aerogenes DSM 30053
葡萄糖
10-12
[20]
枯草芽孢桿菌
Bacillus subtilis AJ 1992
糖蜜
<20
[21]
乳酸乳球菌乳酸亞種丁二酮變種
Lactococcus lactis subsp.Lactis biovar diacetylactis CNRZ 483
葡萄糖
1.74
[22]
類多黏芽孢桿菌
Paenibacillus polymyxa ATCC 12321
葡萄糖
9.24
[23]
肺炎克雷伯氏桿菌
Klebsiella neumoniae CICC 10011
葡萄糖
13.1
[24]
枯草芽孢桿菌
Bacillus subtilis CICC 10025
糖蜜
37.9
[25]
短小芽孢桿菌
Bacillus pumilus DSM 16187
葡萄糖
63.0
[14]
枯草芽孢桿菌
Bacillus subtilis CGMCC 1869
葡萄糖
55.5
[11-12]
2.2.2 代謝機理及高產策略
以葡萄糖或其他能夠轉化生成丙酮酸的化合物為底物發酵生產3-羥基丁酮的代謝途徑已經研究得比較清楚(圖1(略))，這為微生物發酵法生產3-羥基丁酮提供了理論指導。在微生物體內，主要有2條3-羥基丁酮合成途徑：兩分子丙酮酸在α-乙醯乳酸合成酶(E1)的作用下合成一分子α-乙醯乳酸，α-乙醯乳酸在酸性條件下非酶自然氧化脫羧生成丁二酮，丁二酮又可在丁二酮還原酶(E4)或2，3-丁二醇脫氫酶(E3)的作用下還原為3-羥基丁酮，該氧化途徑已得到大量生化、分子生物學的數據支持；另一條途徑α-乙醯乳酸在合成後，經α-乙醯乳酸脫羧酶(E2)作用生成3-羥基丁酮。通過這2條途徑生成的3-羥基丁酮還可進一步由催化可逆反應的2，3-丁二醇脫氫酶(E3)的作用生成2，3-丁二醇。3-羥基丁酮是多種微生物糖代謝的中間代謝產物，以糖質為原料利用微生物發酵可以產生3-羥基丁酮，但是據目前有關微生物產生3-羥基丁酮的文獻，多數報道是有關微生物代謝途徑理論方面的研究，少數涉及3-羥基丁酮生產的報道也主要是作為丁二酮和2，3-丁二醇發酵的副產物提及。因此筆者認為，從自然界中篩選分離能夠高產3-羥基丁酮的微生物菌種是發酵法生產3-羥基丁酮工作中的一個重要環節，並且可以在對其代謝途徑充分分析的基礎上，選育酶E3和酶E4缺陷型的突變菌株，以使現有產丁二酮或2，3-丁二醇的菌株大量積累3-羥基丁酮；另外還可以通過基因工程技術敲除這2個酶的編碼基因以達到失活這2個酶，從而使其高產目標產物3-羥基丁酮的目的；或者通過在原始菌株中超量表達NAD(P)H氧化酶，以有效調節菌株體內NAD(P)H與NAD(P)的比例，抑制酶陽和酶E4的活性的同時抑制丙酮酸的其他代謝支路，從而提高菌株生物合成3-羥基丁酮的能力。
3 市場前景預測
隨著人們生活水平的提高，飲食習慣也正在改變，對食品的感官要求越來越高，3-羥基丁酮作為香料的需求日益增加，市場前景廣闊。目前國外工業化生產3-羥基丁酮的企業主要有美國JM公司、德國BASF公司以及日本信達公司，這3家公司均採用化學合成法獲得；國內也有部分企業從事3-羥基丁酮的工業化生產，包括江蘇潘南香料廠、河南濮盟集團、上海泰禾化工有限公司、上海愛普香料有限公司以及上海凱信生物科技有限公司等。其中除上海愛普香料有限公司和上海凱信生物科技有限公司外，其餘生產廠家均採用化學法生產，產量質量無法滿足國內外市場對天然香料的需求。最新報道顯示，上海愛普香料有限公司正在聯合國內相關高校進行發酵法生產天然3-羥基丁酮及其衍生物的產業化研究，並已經取得了初步進展，申報了相關專利；上海凱信生物科技有限公司正在進行以微生物發酵技術生產天然、旋光性3-羥基丁酮的產業化的研究，據稱已獲得Kosher認證證書，並通過天然度檢測權威機構——美國喬治亞大學(University ofGeorgia)天然度檢測，但其尚處於試生產階段，生產規模很小，無法滿足市場的巨大需求。開展3-羥基丁酮的生產及應用研究，尤其是開展環境友好、原料來源豐富、條件溫和、產品可視為純天然的微生物發酵法生產3-羥基丁酮的技術研究，具有重要的意義。
據安徽省產權交易網統計，2006年全球3-羥基丁酮的產量為數千噸，我國3-羥基丁酮的生產規模約100t，目前國內報價為25萬元/t左右。以葡萄糖為底物採用微生物發酵法生產3-羥基丁酮不僅能夠滿足人們對天然香料的需求，而且利潤空間巨大，目前國內葡萄糖報價基本上在3300元/t左右，以葡萄糖為底物發酵生產乙偶姻理論轉化率為48.9%，葡萄糖和3-羥基丁酮分別按3300元/t和25萬元/t計，除去分離、精製等其他成本2萬元/t，生產1 t3-羥基丁酮的利潤在22萬元/t左右，當然這是以完全轉化為前提，隨著對微生物發酵法生產3-羥基丁酮的研究的進一步深入，葡萄糖到3-羥基丁酮的轉化率勢必會進一步增加，因此積極開發微生物發酵法生產3-羥基丁酮具有巨大的市場潛力和豐厚的利潤空間。
4 展望
隨著石油等非可再生資源日益減少、世界人口和環境壓力的增加，以及人們對天然食品香料的需求增長，利用生物法制備傳統的利用化學法生產的食用香料日益備受關注。微生物發酵法生產3-羥基丁酮正順應了這一潮流，其發展前景和機遇均十分有利。筆者認為，為了克服化學法生產3-羥基丁酮對環境和人們的健康安全帶來的威脅，應進一步建立微生物發酵法生產3-羥基丁酮的優勢，全面提高微生物發酵工藝相對於化學合成工藝的競爭力，綜合應用分子生物學、微生物代謝工程等現代生物技術手段，提高3-羥基丁酮的發酵水平，在今後的研究過程中應該從以下幾個方面展開：
(1)重視菌株的選育，在前人研究的基礎上，著重選育副產物少以及能夠耐受高濃度產物並適合高密度培養的菌株；
(2)在公認安全(GRAS)菌株(如大腸桿菌、芽孢桿菌等)以及原始高產菌株中強化表達與3-羥基丁酮生物合成相關的關鍵酶，或通過基因工程技術有效調節原始菌株內的氧化還原水平，顯著降低3-羥基丁酮生產過程中的伴隨產物丁二酮和2，3-丁二醇，利用所構建的基因工程重組菌超量合成目標產物；
(3)在對發酵過程進行動力學分析的基礎上利用數學工具模擬優化發酵過程，以更好地優化發酵工藝，並在此基礎上開發高效率、低成本的分離提取工藝，以獲得高純度的3-羥基丁酮，滿足人們對安全香料的需求。
Ⅱ 醋酸正丁酯與丁酮的區別
一、醋酸正丁酯
品名：乙酸正丁酯/乙酸丁酯
外觀為清澈無色液體，具有愉快水果香味的，易燃液體。
化學品中文名稱：乙酸丁酯
CAS:123-86-4
英文名： n-butyl acetace, butyl acetate
結構式： CH3COO(CH2）3CH3
示性式:CH3 COOC4 H9
分子式：C6H12O2
分子量:116.16
物化性質編輯
相對密度（20℃ ）0.8807.
凝固點-73.5 ℃，
沸點 126.114℃
閃點（開杯）33℃,(閉杯) 27℃.
折射率() 1.3941.
蒸汽壓（20℃）1.33kpa。
汽化熱309.4j/g。
比熱容（20℃）1.91j/(g.℃)。
自燃點:421℃
粘度(20℃）:0.734 mPa.s
表面張力(20℃）:25.09mN/m
與醇、酮、醚等有機溶劑混溶，與低級同系物相比，較難溶於水,所以也難於水解。
二、丁酮
無色透明液體。有類似丙酮氣味。易揮發。能與乙醇、乙醚、苯、氯仿、油類混溶。溶於4份水中，但溫度升高時溶解度降低。能與水形成共沸混合物(含水11.3%)，共沸點73.4℃(含丁酮88.7%)。相對密度(d204)0.805。凝固點-86℃。沸點79.6℃。折光率(n15D)1.3814。閃點1.1℃。低毒，半數致死量（大鼠，經口）3300mG/kG。易燃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限1.81%～11.5%（體積）。高濃度蒸氣有麻醉性。
中文名
甲基乙基酮
外文名
2-Butanone
CAS號
78-93-3
EINECS號
201-159-0
中文別名
丁酮;;MEK；;2-氧代丁烷
英文別名
butan-2-one
分子式
CH3COCH2CH3
危險品編號
32073
分子量
72.11
物理性質
外觀與性狀：無色液體，有似丙酮的氣味。
熔點(℃)：-85.9
相對密度（水=1）：0.81
沸點(℃)：79.6
相對蒸氣密度（空氣=1）：2.42
飽和蒸氣壓(kPa)：9.49(20℃)
燃燒熱(kJ/mol)：2441.8
臨界溫度(℃)：260
臨界壓力(MPa)：4.40
辛醇/水分配系數的對數值：0.29
閃點(℃)：-9
爆炸上限%(V/V)：11.4
引燃溫度(℃)：404
爆炸下限%(V/V)：1.7
溶解性：溶於水、乙醇、乙醚，可混溶於油類。[1]
分子結構數據：
1、摩爾折射率：20.60[2]
2、摩爾體積（m3/mol）：91.6[2]
3、等張比容（90.2K）：196.3[2]
4、表面張力（dyne/cm）：21.0[2]
5、極化率（10-24cm3）：8.17[2]
化學性質
1.
丁酮由於具有羰基及與羰基相鄰接的活潑氫，因此容易發生各種反應。與鹽酸或氫氧化鈉一起加熱發生縮合，生成3,4-二甲基-3-己烯-2-酮或3-甲基
-3-庚烯-5-酮。長時間受日光照射時，生成乙烷、乙酸、縮合產物等。用硝酸氧化時生成聯乙醯。用鉻酸等強氧化劑氧化時生成乙酸。丁酮對熱比較穩
定，500℃以上熱裂生成烯酮或甲基烯酮。與脂肪族或芳香族醛發生縮合時，生成高分子量的酮、環狀化合物、縮酮以及樹脂等。例如與甲醛在氫氧化鈉存在下縮
合，首先生成2-甲基-1-丁醇-3-酮，接著脫水生成甲基異丙烯基酮。該化合物受日光或紫外光照射時發生樹脂化。與苯酚縮合生成2,2-雙(4-羥基苯
基)丁烷。與脂肪族酯在鹼性催化劑存在下反應，生成β-二酮。在酸性催化劑存在下與酸酐作用發生醯化反應，生成β-二酮。與氰化氫反應生成氰醇。與氨反應
生成酮基哌啶衍生物。丁酮的α-氫原子容易被鹵素取代生成各種鹵代酮，例如與氯作用生成3-氯-2-丁酮。與2,4-二硝基苯肼作用生成黃色的2,4-二
硝基苯腙(m.p. 115℃)。[2]
2.穩定性：穩定。[2]
3.禁配物：強氧化劑、鹼類、強還原劑。[2]
4.聚合危害：不聚合。[2]
生態學數據
1.生態毒性
LC50：1690~5640mg/L（96h）（藍鰓太陽魚）；3200mg/L（96h）（黑頭呆魚，pH值
7.5）；1950mg/L（24h）（鹵蟲）；<520mg/L（48h）（水蚤，pH值8）；918~3349mg/L（48h）（水蚤，pH
值7.21）
IC50：110~4300mg/L（72h）（藻類）。[2]
2.生物降解性
好氧生物降解（h）：24~168；
厭氧生物降解（h）：96~672；[2]
3.非生物降解性
水中光氧化半衰期（h）：1.80×104~7.10×105；
空氣中光氧化半衰期（h）：64.2~642；
一級水解半衰期（h）：>50a。[2]
三、區別
醋酸正丁酯主要用途為： （1）用作溶劑
醋酸仲丁酯（SBA）的溶解性能與醋酸正丁酯，醋酸異丁酯相似，在塗料配方中可以廣泛取代醋酸正丁酯和醋酸異丁酯。
在金屬閃光漆中，可以用醋酸仲丁酯來溶解醋酸丁酸纖維素，製得15％～20％的溶液。 醋酸仲丁酯對許多物質具有良好的溶解性，工業上可用作製造硝基纖維素漆，丙烯酸漆，聚氨酯漆等的溶劑，這些漆類可用作飛機機翼塗料，人造皮革塗料，汽車塗料等。醋酸仲丁酯也可用於賽璐珞製品，橡膠，安全玻璃，銅版紙，漆皮等產品的製造過程。它還可以作印刷油墨中的揮發溶劑，用於膠印等應用中；此外還可用作感光材料的快乾劑。 （2）用於醫葯工業
醋酸仲丁酯可用作青黴素的精製；由於其揮發度適中，具有良好的皮膚滲透性，也可用作葯物吸收促進組分。 （3）用作反應介質
醋酸仲丁酯是手性分子，和其它兩種常用的醋酸丁酯一樣，可用作反應介質，如用於合成三烷基胺氧化物，N，N-二丙烯基乙二胺等。 （4）用作萃取劑組分
醋酸仲丁酯可用作萃取劑，如萃取分離乙醇-丙醇，丙烯酸等物質。或用作共沸蒸餾溶劑，部分取代甲苯，二甲苯和甲基異丁酮。
Ⅲ 廢丁酮和丙酮加工時為什麼會粘在蒸餾釜內
廢丁酮和丙酮加工時，會粘在蒸餾釜內，廢丁酮和丙酮中含有大量的廢渣。
丁酮專和丙酮是非常屬好的有機化學反應溶劑，反應完成用丁酮和丙酮進行結晶，將產品取走，剩下來的廢丁酮和丙酮中，含有大量的副反應產物和殘留的產品。將廢丁酮和丙酮蒸餾，剩下來的黏在蒸餾釜內釜殘就是副反應產物和殘留的產品。
Ⅳ 實驗室如何精製丁酮，便於操作的方法，在線等，謝謝
首先要知道你 的丁酮原料的組成，如果假定含有不揮發份，水份，丁酮，以及其它不與丁酮共沸的雜質的話。
基本可以用蒸餾瓶來完成，1，用精餾柱，（就是用玻璃管里加上填充物的那種），2
加入正己烷共沸除水，3.在頂部水份除盡後，再除正己烷，4.最後得到水份合格的丁酮產品。5，不揮發份會留在蒸餾瓶底部。
具體的方法，要看你的原料組成，及你對產品的要求批標來決定精製方法。