正丁烷
[CAS 106-97-8]

基本信息

• 产品分类: 有机原料 >> 烃类化合物及其衍生物 >> 无环烃
• 产品名称: 正丁烷
• 英文名: n-Butane
• 别名: HC 600; HC 600 (hydrocarbon); LPG; Liquefied petroleum gas; R 600
• 分子式: C₄H₁₀
• 分子量: 58.12
• CAS 登录号: 106-97-8
• EC 号码: 203-448-7
• 分子行输入简码SMILES: CCCC

物理化学性质

• 密度: 0.6±0.1 g/cm³ 计算值^*, 0.579 g/mL (实验值)
• 熔点: -138 °C (实验值)
• 沸点: -1.7±3.0 °C 760 mmHg (计算值)^*, -0.5 °C (实验值)
• 闪点: -70.9±6.6 °C (计算值)^*
• 溶解度: 微溶 (实验值)
• 折射率: 1.354 (计算值)^*, 1.345 (实验值)

^* 使用计算机软件 Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software.

安全数据

• 危险品标志: GHS02;GHS04 危险GHS02
• 危害标签: H220
• 防护标签: P203-P210-P222-P280-P377-P381-P403

危害分类

危害	分类	类别码	危害标签
易燃气体	Flam. Gas	1	H220
加压气体 (液体)	Press. Gas (Liq.)		H280
加压气体 (压缩)	Press. Gas (Comp.)		H280
生殖细胞致突变性	Muta.	1B	H340
致癌性	Carc.	1A	H350
致癌性	Carc.	1B	H350
特定目标器官毒性—单次接触	STOT SE	3	H336
加压气体 (溶解)	Press. Gas (Diss.)		H280

• 危险品运输编号: UN 2037F 2.1

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一种熟悉的燃料，也可以成为选择性化工生产的起点。正丁烷（CAS 106-97-8）连接了这两种角色。它的四个碳组成无支链骨架，分子式为C₄H₁₀。燃烧通过深度氧化释放能量，而将它转化为有用化工中间体，则需要催化剂把氧化导向更有选择性的路径。

“正”指定的是不带支链的异构体。异丁烷虽然具有相同分子式，碳骨架却不同，不能把两者作为纯物质相互替代。无支链也不意味着分子是刚性的直杆：碳碳键旋转会产生不同构象，但不改变原子连接方式。区分分子构造与空间形状，有助于理解为何简单结构式只是其物理化学的起点。

在普通室温和大气压下，正丁烷是气体，但加压可以使它保持液态。这种相行为使紧凑储存成为可能，也解释了液化烃燃料的实用意义。液体蒸发时从周围吸热；压力、温度与相态之间的关系，也构成其制冷剂编号R-600的基础，必须与异丁烷的R-600a区分。

一个重要化工去向是顺丁烯二酸酐。该转化在保留四碳骨架的同时，将饱和原料变成含氧环状产物。仅仅供给氧气并不能保证得到目标物，因为进一步氧化可能形成碳氧化物。因此，催化不仅是加快反应，还涉及在竞争路径之间作出选择。

研究者已持续数十年利用钒磷氧催化剂研究这一问题。1985年的工作比较了不同模型钒磷酸盐相的正丁烷氧化行为。随后，Cheng与Goddard利用计算化学研究了含磷酸根表面位点如何参与烷烃活化。这些研究分别提供实测催化行为与表面事件的分子层面解释。

转化率与选择性在这里是不同指标。转化率回答多少正丁烷发生反应，选择性则回答已反应原料如何分配到各产物。催化剂可能高效消耗原料，却使过多碳进入非目标产物。因此，评价有用工艺需要追踪反应网络中的碳去向，而不只是观察起始气体消失。

这不同于把它作为热源使用。在燃料应用中，深度氧化是目标；在化工生产中，停留在有价值的中间体才是挑战。分子相同，但目标去向改变了成功反应的含义，也改变了周围设备的设计。

还需要区分物理循环与化学变化。蒸发和冷凝改变分子间距及能量，并不替换分子碳骨架；氧化则改变键，形成新物质。压力温度测量描述前一类行为，后一类则需要产物分析。同一原料用于两种场景，并不会使测量及目标相同，即使两种应用都涉及传热。

因此，正丁烷提供了一个关于相行为与反应控制的故事。液化解释小气体如何成为实用储存材料，选择性氧化解释熟悉材料如何成为化工原料。其用途需要同时理解供应物质的物理状态，以及要求碳骨架完成的具体转化。

参考文献：
1. NIST Chemistry WebBook. Butane, CAS 106-97-8: identity and phase-change data. https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C106978&Mask=4
2. Selective oxidation of n-butane to maleic anhydride by model V-P-O catalysts. 1985. https://experts.arizona.edu/en/publications/selective-oxidation-of-n-butane-to-maleic-anhydride-by-model-vpo-/
3. Cheng MJ, Goddard WA III. The critical role of phosphate in vanadium phosphate oxide for the catalytic activation and functionalization of n-butane to maleic anhydride. J Am Chem Soc. 2013;135:4600-4603. https://doi.org/10.1021/ja3115746

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