异丁酸乙酯:性质、用途与实验室使用指南
异丁酸乙酯:性质、用途与实验室使用指南
Ethyl Isobutyrate(异丁酸乙酯)是一种短链脂肪族酯,在学术研究和工业应用中被广泛用作参考标准品、合成砌块以及香精香料成分。
- 化学名称
- 异丁酸乙酯(2-甲基丙酸乙酯)
- CAS号
- 97-62-1
- 分子式
- C₆H₁₂O₂
- 分子量
- 116.16 g/mol
- 外观
- 无色流动液体,具有果香和朗姆酒气味
- 沸点
- 约110 °C(760 mmHg)
- 密度
- 约0.869 g/mL(20 °C)
- Aladdin产品编号
- E156123
化学特性与理化性质
异丁酸乙酯系统命名为2-甲基丙酸乙酯,是异丁酸的乙酯。其CAS登记号为97-62-1,分子式为C₆H₁₂O₂(分子量116.16 g/mol)。在室温下,该化合物为无色高流动性液体,具有令人愉悦的果香气味,令人联想到朗姆酒和菠萝,在低分子量酯类中感官特征十分突出。
主要理化参数包括:大气压下沸点约为110 °C,20 °C时密度约为0.869 g/mL,折射率(n²⁰D)约为1.387。该化合物可与乙醇、乙醚和丙酮等常见有机溶剂互溶,但在水中溶解度有限,与其logP值约1.7相符。其相对较低的沸点和蒸气压导致在开放台面条件下迅速挥发,这对分析工作和安全操作均是重要考虑因素。
酯官能团使异丁酸乙酯在酸性和碱性水溶液条件下均易发生水解,重新生成异丁酸和乙醇。在设计反应条件或配制长期储存溶液时,必须充分考虑这一反应特性。
合成与生产背景
异丁酸乙酯经典合成方法为费歇尔酯化法:在硫酸或对甲苯磺酸等无机酸催化剂存在下,异丁酸与乙醇发生酸催化缩合反应。该反应为可逆平衡反应;通常采用过量乙醇或连续除水(如共沸蒸馏或分子筛)的方式将转化率推向产物方向。纯化通常通过分馏实现。
在工业规模上,该化合物也可通过酯交换反应、脂肪酶催化的酶促酯化反应或连续反应精馏工艺生产,以实现高纯度、高产率及低废物排放。酶促合成对食品级和香精级产品的生产尤具吸引力,因为该方法避免了苛刻的酸性条件,且可在温和温度下进行。
对于研究用途,阿拉丁科学(Aladdin Scientific,产品编号E156123)提供具有明确纯度规格的商品级异丁酸乙酯,无需自行合成,可为分析和配方工作提供所需的一致性和可追溯性。
研究与工业应用
香精与香料化学。异丁酸乙酯被公认为多种水果(包括菠萝、草莓及某些葡萄品种)中天然存在的挥发性成分。在食品和香料工业中,该化合物被广泛用作香味剂,为糖果、饮料和个人护理产品赋予果香前调。在研究领域,它作为顶空GC、SPME-GC/MS和电子鼻研究的真实参考标准品,用于表征水果香气特征或监测发酵过程。
有机合成。作为活性酯,异丁酸乙酯是有机合成化学中用途广泛的砌块。它可参与克莱森缩合反应、与有机金属试剂(如格氏试剂)的亲核酰基取代反应,以及使用DIBAL-H或LiAlH₄还原为相应醇的反应。这些转化可获得具有医药和农化领域应用价值的支链醇、酮和β-酮酯。
分析参考标准品。高纯度异丁酸乙酯用于校准GC检测器、验证HPLC方法,以及为食品真实性检测、挥发性有机化合物(VOC)环境监测和香精行业质量控制项目制备认证标准溶液。
生化与代谢研究。该化合物及其水解产物在酯类代谢、脂肪酶底物特异性和嗅觉受体激活研究中具有重要价值,其中明确纯度的物料对于可重复的剂量-效应测量至关重要。
安全操作、储存与法规注意事项
易燃性。异丁酸乙酯为易燃液体(闭杯闪点约13 °C),按GHS分类属于易燃液体第3类(某些分类体系中为第2类)。必须远离明火、火花和热表面。所有操作应在通风良好的通风橱中进行,并在适用情况下使用防爆电气设备。
健康危害。高浓度蒸气对眼睛、皮肤和呼吸道具有刺激性。长期或反复皮肤接触可能导致脱脂和皮炎。操作时应佩戴个人防护装备(PPE),包括耐化学品手套、安全防护眼镜和实验服。如发生皮肤或眼睛接触,应立即用大量清水冲洗,如刺激持续存在,应寻求医疗建议。
储存。储存于密封容器中,置于阴凉(25 °C以下)、干燥、通风良好的区域,远离火源、氧化剂及可能加速水解的强碱或强酸。建议使用棕色玻璃瓶以减少光降解。转移过程中应对容器进行接地和导电连接,以防止静电放电。
废物处置。按照适用于易燃有机溶剂的地方、地区和国家法规处置废弃物料。请勿倒入下水道或排入水体。
法规状态。异丁酸乙酯被美国FDA列为香味剂用途的GRAS(一般公认安全)物质(21 CFR),并获欧洲香料法规(EC No 1334/2008)许可。研究人员应就其具体应用和所在司法管辖区核实当前法规状态。
质量、纯度与采购指南
对于大多数研究应用,异丁酸乙酯的纯度等级必须与分析或合成目标相匹配。校准标准品、香味参考评价和动力学或机理研究需要使用分析级或高纯度(GC纯度≥98–99%)物料,因为即使是微量杂质(如残留异丁酸、乙醚或水)也可能影响结果。
采购异丁酸乙酯时,研究人员应索取分析证书(CoA),确认GC纯度、水分含量(卡尔费休法)、折射率和密度等指标。批次间一致性对于纵向研究或多中心合作项目尤为重要。
阿拉丁科学以产品编号E156123供应异丁酸乙酯,提供有据可查的质量数据和可靠的货源保障。建议研究人员和采购团队联系阿拉丁科学的技术支持,获取适合纯度等级选择、大批量订购选项及当前库存情况的专业指导。
常见问题
异丁酸乙酯在研究实验室中的典型用途是什么?
异丁酸乙酯主要用于GC和GC/MS香气分析中的香味参考标准品,作为通过克莱森缩合或有机金属加成制备支链醇和β-酮酯的合成砌块,以及作为脂肪酶活性测定的底物。其理化性质表征完善,也使其适用于嗅觉受体或电子鼻系统的验证。
如何储存异丁酸乙酯以保持其稳定性?
将异丁酸乙酯储存于密封棕色玻璃容器中,温度低于25 °C,置于阴凉、干燥、通风良好的区域,远离火源、强氧化剂及水性酸碱。在上述条件下,该化合物可长期保持稳定。避免反复冻融,并查阅供应商CoA中推荐的保质期。
异丁酸乙酯是否可以在开放台面上安全使用?
不建议。由于异丁酸乙酯闪点较低(约13 °C),在开放台面靠近点火源处使用时存在显著的火灾和爆炸风险。所有操作均应在经认证的防爆通风橱内进行,并始终佩戴适当的个人防护装备(手套、护目镜)。
哪些分析技术最适合表征混合物中的异丁酸乙酯?
气相色谱(GC-FID或GC/MS)因该化合物的挥发性及其在非极性或弱极性毛细管柱上良好的色谱行为,是定量和确认鉴定的首选方法。顶空-SPME联用GC/MS对食品或发酵基质中的痕量测定尤为有效。核磁共振波谱(¹H和¹³C)可为纯化物料提供明确的结构确认。
异丁酸乙酯是否可用作食品级香味成分?
异丁酸乙酯已被美国FDA列为GRAS物质,并获欧洲香料法规EC No 1334/2008许可。但是,用于食品或消费品的物料必须符合食品级纯度规格和完整的法规可追溯性要求。阿拉丁科学(产品编号E156123)提供的研究级产品仅供实验室使用;需要食品级供应的研究人员应查阅相关法规指南并据此采购。
参考文献
- Burdock, G.A. (Ed.) Fenaroli's Handbook of Flavor Ingredients, 6th edn. CRC Press, Boca Raton, FL (2010).
- US FDA. 21 CFR Part 172 — Food Additives Permitted for Direct Addition to Food for Human Consumption; Flavouring Agents and Related Substances.
- European Parliament and Council. Regulation (EC) No 1334/2008 on flavourings and certain food ingredients with flavouring properties. Official Journal of the European Union (2008).
- March, J. Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, 5th edn. Wiley-Interscience, New York (2001). [Fischer esterification and ester reactivity]
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