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丙酮、丙酮或二甲基酮，是一种有机化合物，分子式为(CH3)2CO。它是最简单和最小的酮。它是一种无色、高度挥发性和易燃的液体，具有特有的刺激性气味。 丙酮可与水混溶，在工业、家庭和实验室中本身就是一种重要的有机溶剂。2010年全球生产了大约670万吨，主要用作溶剂和生产甲基丙烯酸甲酯（以及由此而来的PMMA）以及双酚A。它是有机化学中常见的组成部分。丙酮的常见家庭用途是作为指甲油去除剂的活性成分和油漆稀释剂。含有挥发性有机化合物(VOC)在美国的豁免地位。
丙酮是通过正常的代谢过程在人体内产生和排出的。它通常存在于血液和尿液中。患有糖尿病酮症酸中毒的人会大量产生它。生殖毒性测试表明，它引起生殖问题的可能性很小。增加血液中酮体（丙酮、β-羟基丁酸和乙酰乙酸）的生酮饮食用于对抗患有难治性癫痫的婴儿和儿童的癫痫发作。 历史 丙酮由Andreas Libavius于1606年通过醋酸铅 (II)的蒸馏首次生产。 1832年，法国化学家让-巴蒂斯特·杜马斯和德国化学家贾斯图斯·冯·李比希确定了丙酮的经验公式。 1833年，法国化学家安托万·布西（ Antoine Bussy ）通过在相应的酸（即乙酸）的词干上加上后缀-one来命名丙酮。 到1852年，英国化学家亚历山大威廉威廉姆森意识到丙酮是甲基乙酰基；第二年，法国化学家查尔斯·弗雷德里克·格哈特同意了。 1865年，德国化学家August Kekulé发表了丙酮的现代结构式。 Johann Josef Loschmidt在1861年提出了丙酮的结构，但他的私人出版的小册子很少受到关注。第一次世界大战期间，Chaim Weizmann开发了工业生产丙酮的工艺（Weizmann Process）。
可能的丙酮聚合物的结构 生产 2010年，全球丙酮产能估计为每年670万吨。美国的产能为每年156万吨，其次是中国台湾和中国大陆。最大的丙酮生产商是英力士苯酚，拥有全球17%的产能，2010年三井、Sunoco和壳牌的产能也很大（7-8%）。英力士苯酚还拥有世界上最大的生产基地（420，000吨/年）在贝弗伦（比利时）。美国2011年夏季丙酮现货价格为1100-1250美元/吨。 当前方法 丙酮由丙烯直接或间接生产。大约83%的丙酮是通过异丙苯工艺生产的；因此，丙酮的生产与苯酚的生产有关。在异丙苯工艺中，苯与丙烯烷基化生成异丙苯，异丙苯被空气氧化生成苯酚和丙酮：
其他工艺涉及丙烯的直接氧化（Wacker-Hoechst 工艺），或丙烯水合生成2-丙醇，然后将其氧化（脱氢）为丙酮。 旧方法 以前，丙酮是通过醋酸盐的干馏生产的，例如在酮体脱羧反应中的醋酸钙。 Ca(CH 3 COO) 2 → CaO (s) + CO 2(g) + (CH 3 ) 2 CO (v) 在那之后，在第一次世界大战期间，使用丙酮-丁醇-乙醇发酵生产丙酮，该菌由Chaim Weizmann （ 后来的以色列第一任总统）开发，以帮助英国的战争努力，在制备Cordite时。当发现具有更高产量的新方法时，这种丙酮-丁醇-乙醇发酵最终被放弃。 化学性质 酮/烯醇互变异构 像大多数酮一样，丙酮表现出酮-烯醇互变异构，其中名义上的酮结构（CH3)2丙酮本身的C=O与烯醇异构体（CH3)C(OH)=(CH2) ( prop-1-en-2-ol )。在环境温度下的丙酮蒸气中，只有 2.4 × 10-7 % 的分子为烯醇形式。[35] 然而，烯醇形式在某些化学反应中具有重要的化学意义。
羟醛缩合 在合适的催化剂存在下，两个丙酮分子也结合形成化合物双丙酮醇 （CH3)C=O(CH2)C(OH)(CH3)2，脱水会产生异丙叉丙酮 (CH3)C=O(CH)=C(CH3)2. 该产品可以进一步与另一个丙酮分子结合，失去另一个水分子，生成佛尔酮和其他化合物。 聚合 人们可能期望丙酮也形成两种类型的聚合物和（可能是环状的）低聚物。在一种类型中，单元可以是由醚桥连接的丙酮分子-O-源自双键的打开，从而产生聚缩酮样 (PKA) 链 [- O-C(CH3)2-] n。另一种类型可以通过重复的醛醇缩合获得，在每个步骤中除去一个水分子，产生聚（甲基乙炔）（PMA）链[– CH = C（CH3) –] n。 PKA 类型 将丙酮转化为聚缩酮 (PKA) 类似于从甲醛生成多聚甲醛，以及从硫代丙酮生成三硫代丙酮。1960年，Kargin、Kabanov和其他人观察到该过程的热力学对液态丙酮不利，因此（与硫代丙酮和甲醛不同）即使使用催化剂也不会自发聚合。然而，他们观察到，在熔点（-96°C）下，结晶固体丙酮的热力学变得有利。他们声称通过沉积丙酮蒸气获得了，种聚合物（一种白色弹性固体，溶于丙酮，在室温下可稳定几个小时），其中一些镁作为催化剂，放在非常冷的表面上。 1962年，Wasaburo Kawai报道了一种类似产品的合成，即使用正丁基锂或三乙基铝作为催化剂，将液态丙酮冷却至 -70至 -78°C 。他声称红外 吸收光谱显示存在-O-键，但没有C=O基团。 然而，后来其他研究者得到了相互矛盾的结果。 可能的丙酮聚合物的结构 PMA 类型 丙酮的 PMA 型聚合物将等同于丙炔的聚合产物，除了酮基端基。 生物化学 生物合成 通过酮体的脱羧作用在体内产生少量丙酮。某些饮食模式，包括长时间禁食和高脂肪低碳水化合物饮食，会产生酮症，其中丙酮会在身体组织中形成。某些健康状况，例如酗酒和糖尿病，会产生酮症酸中毒，是一种无法控制的酮症，会导致血液酸度急剧增加，甚至可能致命。由于它是发酵的副产品，丙酮是酿酒工业的副产品。 丙酮可以由摄入的异丙醇氧化产生，或由酮症个体中乙酰乙酸盐（酮体）的自发/酶分解产生。 代谢 尽管一些生物化学教科书和当前的研究出版物表明丙酮不能被代谢，但有相反的证据。然后它可以通过CYP2E1通过甲基乙二醛代谢为D-乳酸和丙酮酸，最终代谢为葡萄糖/能量，或者通过不同的途径通过丙二醇代谢为丙酮酸、乳酸、乙酸盐（可用于能量）和丙醛。 用途 工业 世界上大约三分之一的丙酮被用作溶剂，四分之一被消耗为丙酮氰醇，甲基丙烯酸甲酯的前体。 溶剂 丙酮是许多塑料和一些合成纤维的良好溶剂。它用于稀释聚酯树脂，清洁工具，以及在硬化前溶解两部分环氧树脂和强力胶。它被用作一些油漆和清漆的挥发性成分之一。作为一种重负荷脱脂剂，它可用于在涂漆或焊接之前准备金属，并在焊接后去除松香助焊剂（以防止污垢和漏电以及可能腐蚀或出于美观原因），尽管它会攻击许多电子元件（例如聚苯乙烯电容器），因此不适合清洁许多电路板。 乙炔载体 虽然丙酮本身易燃，但广泛用作乙炔安全运输和储存的溶剂，乙炔不能作为纯化合物安全加压。含有多孔材料的容器首先用丙酮填充，然后是乙炔，乙炔溶解在丙酮中。在10巴 (1.0MPa)的压力下，一升丙酮可以溶解大约250升乙炔。 化学中间体 丙酮用于合成 甲基丙烯酸甲酯。它从丙酮到丙酮氰醇的初始转化开始： (CH 3 ) 2 CO + HCN → (CH 3 ) 2 C(OH)CN 在随后的步骤中，腈水解成不饱和酰胺，它被酯化： (CH 3 ) 2 C(OH)CN + CH 3 OH → CH 2 =C(CH 3 )CO 2 CH 3 + NH 3 丙酮的第三个主要用途（约 20%）[16]是合成双酚A。双酚 A 是许多聚合物（如聚碳酸酯、聚氨酯和环氧树脂）的成分。合成涉及丙酮与苯酚的缩合： (CH 3 ) 2 CO + 2 C 6 H 5 OH → (CH 3 ) 2 C(C 6 H 4 OH) 2 + H 2 O 在溶剂甲基异丁醇和甲基异丁基酮的生产中消耗了数百万公斤的丙酮。这些产品通过最初的醛醇缩合产生双丙酮醇。 2 (CH 3 ) 2 CO → (CH 3 ) 2 C(OH)CH 2 C(O)CH 3 与乙炔缩合得到2-methylbut-3-yn-2-ol，它是合成萜烯和萜类化合物的前体。 实验室 色谱 当被测样品是纯的或非常常见的混合物时，光谱技术很有用。分析未知混合物时，必须将其分解成各个部分。色谱技术可用于将混合物分解成它们的成分，从而允许单独分析每个部分。 薄层色谱 (TLC) 是更复杂色谱方法的快速替代方法。TLC 可用于通过提取单个成分来分析油墨和染料。这可用于调查留在现场的纸币或纤维，因为每个公司的产品略有不同，而这些差异可以通过 TLC 看到。TLC 分析的唯一限制因素是成分必须溶于任何用于将成分带上分析板的溶液中。 这种溶液称为流动相。法医化学家可以通过查看每个组件行进的距离来将未知数与已知标准进行比较。与起始点相比，该距离称为每个提取组分的保留因子 (R f )。如果每个 R f值与已知样本匹配，则表明未知的身份。 高效液相色谱法可用于从溶解在溶液中的混合物中提取单个成分。HPLC 用于不适合气相色谱的非挥发性混合物。这在药物分析中很有用，其中药物是组合药物，因为成分会在不同的时间分离或洗脱，从而可以验证每个成分。 然后将来自 HPLC 柱的洗脱液送入各种检测器，当它从柱中洗脱时，这些检测器会在相对于其浓度的图表上产生一个峰。最常见的检测器类型是紫外-可见光谱仪作为用 HPLC 测试的最常见的感兴趣项目，药物具有紫外吸收。 气相色谱(GC) 执行与液相色谱相同的功能，但它用于挥发性混合物。在法医化学中，最常见的 GC 仪器使用质谱作为检测器。GC-MS 可用于调查纵火、中毒和爆炸，以确定所使用的确切内容。理论上，GC-MS 仪器可以检测出浓度在飞克（10−15 ) 范围。 然而，在实践中，由于信噪比和其他限制因素，例如仪器各个部件的使用年限，GC-MS 的实际检测限在皮克(10−12 ) 范围。GC-MS 还能够量化它检测到的物质；化学家可以使用这些信息来确定该物质对个人的影响。GC-MS 仪器需要大约 1,000 倍的物质来量化其数量，而不是仅仅检测它所需的量；定量限通常为纳克（10−9 ) 范围。 化学研究 在实验室中，丙酮在各种有机反应中用作极性非质子溶剂，例如S N2反应。丙酮溶剂的使用对于琼斯氧化反应至关重要。它不与水形成共沸物（参见共沸物表）。它是一种用于冲洗实验室玻璃器皿的常用溶剂，因为它成本低且易挥发。尽管它通常用作假定的干燥剂，但除了通过大量置换和稀释外，它没有效果。丙酮可以用干冰冷却至 -78°C 不结冰；丙酮/干冰浴通常用于在低温下进行反应。丙酮在紫外光下发荧光，其蒸气可用作流体流动实验中的荧光示踪剂。 丙酮用于沉淀蛋白质。蛋白质沉淀的替代品是三氯乙酸或乙醇。 清洁 低级丙酮也常用于学术实验室环境中作为玻璃器皿冲洗剂，用于在最终清洗前去除残留物和固体。丙酮干燥后会在表面留下少量残留物，对表面样品有害。 低温浴 丙酮和干冰的混合物是一种流行的冷却浴，只要剩下一些干冰，温度就可以保持在 -78°C。 组织学 丙酮在病理学领域用于寻找脂肪组织中的淋巴结以进行肿瘤分期（例如寻找肠道周围脂肪中的淋巴结）。，有助于溶解脂肪，使节点变硬，从而更容易找到它们。丙酮还用于对某些污渍的显微镜载玻片进行脱色。 刘易斯基性质 丙酮是一种弱路易斯碱，可与I2等软酸和苯酚等硬酸形成加合物。丙酮还与二价金属形成络合物。 医疗 药物溶剂和赋形剂 丙酮在制药工业中用作溶剂，在变性酒精中用作变性剂。 丙酮也作为赋形剂存在于一些药物中。 皮肤脱脂 皮肤科医生使用丙酮和酒精来治疗痤疮，以化学剥离干燥的皮肤。目前用于化学脱皮的常用试剂是水杨酸、乙醇酸、壬二酸、30%水杨酸的乙醇溶液和三氯乙酸(TCA)。在化学去角质之前，清洁皮肤并在称为脱脂的过程中去除多余的脂肪。丙酮、Septisol或，些试剂的组合通常用于此过程。 抗惊厥药 当以毫摩尔浓度给药时，丙酮已被证明在癫痫动物模型中具有抗惊厥作用，在没有毒性的情况下。据推测，临床上用于控制儿童耐药性癫痫的高脂肪低碳水化合物生酮饮食通过提高大脑中的丙酮而起作用。由于对能量的需求较高，儿童的丙酮产量高于大多数成年人——孩子越小，预期产量就越高。，表明儿童并不是特别容易接触丙酮。与生酮饮食相关的暴露相比，外部暴露很小。 国内和其他利基用途 丙酮通常是清洁剂（如指甲油和强力胶去除剂）的主要成分。然而，它会攻击一些塑料。化妆师使用丙酮去除假发和胡须网上的皮肤粘合剂，方法是将物品浸入丙酮浴中，然后用硬刷去除软化的胶水残留物。 丙酮通常用于蒸汽抛光ABS 塑料打印的 3D 打印模型上的打印工件。该技术称为丙酮蒸汽浴平滑技术，包括将打印部件放置在含有少量丙酮的密封室中，然后加热到80摄氏度左右，持续10分钟。，会在容器中产生丙酮蒸气。丙酮在整个零件上均匀凝结，导致表面软化和液化。然后表面张力使半液体塑料光滑。当部件从腔室中取出时，丙酮成分会蒸发，留下一个没有条纹、图案和可见层边缘的玻璃状光滑部件，些都是未经处理的 3D 打印部件的常见特征。 丙酮可有效去除玻璃和金属上的毡尖笔痕。 安全 可燃性 丙酮最危险的特性是它的极端易燃性。少量丙酮燃烧时发出暗蓝色火焰，大量时燃料的蒸发导致不完全燃烧和明亮的黄色火焰。在高于 -20°C (-4°F)的丙酮闪点的温度下，按体积计算，丙酮在2.5% 和12.8%之间的空气混合物可能会爆炸或引起闪火。蒸气可以沿着表面流向远处的点火源并闪回。静电放电也可能点燃丙酮蒸气，尽管丙酮具有非常高的点火起始能量点，因此意外点火很少见。由于蒸汽的高浓度和液体蒸发的冷却作用，即使在发红的煤上浇注或喷洒丙酮也不会点燃它。它在465 °C (869°F) 时自动点火。自燃温度也取决于暴露时间，因此在某些测试中它被引用为525 °C。此外，工业丙酮可能含有少量的水，也会抑制点火。 过氧化丙酮 当被氧化时，丙酮形成作为副产物的过氧化丙酮，它是一种高度不稳定的初级高 爆炸性化合物。它可能是偶然形成的，例如当将废过氧化氢倒入含有丙酮的废溶剂中时。由于其不稳定性，尽管其化学合成简单，但很少使用。 毒性 丙酮已被广泛研究，据信在正常使用中仅表现出轻微的毒性。如果遵循基本的预防措施，没有强有力的证据表明对慢性健康有影响。一般认为，如果摄入和/或吸入，其急性和慢性毒性较低。 丙酮目前不被视为致癌物、致突变化学物质，也不会引起慢性神经毒性作用。 丙酮可以作为一种成分出现在从化妆品到加工和未加工食品的各种消费品中。丙酮在饮料、烘焙食品、甜点和蜜饯中的浓度范围为5 至8mg/L，被评为公认安全(GRAS) 物质。然而，丙酮是一种刺激物，会引起轻微的皮肤刺激和中度至重度的眼睛刺激。在高蒸气浓度下，它可能会像许多其他溶剂一样抑制中枢神经系统。 小鼠摄入的急性毒性 (LD50) 为 3 g/kg，吸入 (LC50) 为44g/m 3超过4小时。 EPA 分类 1995年，美国环境保护署(EPA) 将丙酮从《紧急计划和社区知情权法案》(EPCRA) 第 313 条维护的“有毒化学品”清单中删除。在做出，一决定时，EPA 对可用的丙酮毒性数据进行了广泛审查，发现丙酮“仅在大大超过释放和由此产生的暴露水平时才表现出急性毒性”，而且丙酮“在慢性研究中表现出低毒性”。 遗传毒性。丙酮已在超过两打的体外和体内试验中进行了测试。，些研究表明丙酮没有遗传毒性。 致癌性。EPA在1995年得出结论，“目前没有证据表明存在致癌性”。（EPCRA 审查，在第 3.3 节中描述）。NTP 科学家建议不要对丙酮进行慢性毒性/致癌性测试，因为“前慢性研究仅表明啮齿动物在非常高剂量下会产生非常轻微的毒性反应”。 神经毒性和发育神经毒性。丙酮和异丙醇（丙酮的代谢前体）的神经毒性潜力已被广泛研究。，些研究表明，尽管暴露于高剂量的丙酮可能会导致短暂的中枢神经系统影响，但丙酮不是神经毒剂。已使用异丙醇进行了一项指导性发育神经毒性研究，即使在测试的最高剂量下也未发现发育神经毒性作用。（SIAR，第1、25、31 页）。 环境的。当 EPA于1995年将丙酮作为挥发性有机化合物(VOC) 从法规中豁免时，EPA 表示该豁免将“有助于实现几个重要的环境目标，并将支持 EPA的污染预防工作”。60美联储。注册。31，634（1995年6月16日）。60美联储。注册。31，634（1995年6月16日）。EPA 指出，丙酮可用于替代根据《清洁空气法》第112条被列为有害空气污染物 (HAP)的几种化合物。 环境影响 虽然丙酮自然存在于环境中的植物、树木、火山气体、森林火灾中，并且是身体脂肪分解的产物，释放到环境中的大部分丙酮是工业来源的。丙酮迅速蒸发，甚至从水和土壤中蒸发。一旦进入大气，它的半衰期为22天，并通过光解被紫外线降解（主要转化为甲烷和乙烷。）微生物的消耗有助于丙酮在土壤、动物或水道中的消散。 丙酮对鱼类的LD50为8.3 g/L 水（或约1%）超过96小时，其在水中的环境半衰期约为1 至10天。由于微生物的消耗，丙酮可能会在水生系统中造成严重的氧气消耗风险。 外星事件 2015年7月30日，科学家报告称，菲莱着陆器首次在67P彗星 表面着陆时，COSAC 和托勒密仪器的测量结果显示了16种有机化合物，其中四种是首次在彗星上发现的，包括乙酰胺、丙酮、异氰酸甲酯和丙醛。 |
