1,3- 丁二烯 （1,3-Butadiene） ，别名丁二烯 ，是一种 有机化合物 ，其 化学式 为C 4 H 6 ， 摩尔质量 为54.09g/ 摩尔 ，表现为带有轻微甜味、芳香味的易于 液化 的无色气体， 其液体时的密度为0.6211 g/cm 3 、气体时的密度为1.84g/cm 3 ， 不溶于水但溶于多数有机 溶剂 。 熔点 为-108.9℃， 沸点 为-4.4℃。
丁二烯是由卡文托（Caventou）于1863年热解 戊醇 而发现的。 1,3-丁二烯被广泛用于制造 合成橡胶 、合成树脂和 尼龙 等产品，如 丁苯橡胶 、 丁腈橡胶 、ABS树脂、锦纶-66、 己二腈 和 聚氯乙稀 塑化剂 癸二酸 等。 1,3-丁二烯的合成方法通常有从石油裂解气中分离、丁烷或丁烯脱氢和乙醇法三种。1,3-丁二烯可发生 加成反应 、双烯合成 、聚合反应 等。
1,3- 丁二烯 极易燃，易与空气形成爆炸性混合物。 其具有麻醉和刺激作用，皮肤直接接触可能导致灼伤或冻伤， 吸入可能引起头痛、乏力、恶心、 胸闷 、 呼吸困难 、意识丧失和抽搐等症状。 此外，1,3-丁二烯暴露或增加 心血管疾病 、 白血病 风险， 世界卫生组织 国际癌症研究机构 公布的致癌物清单中，1,3-丁二烯属1类致癌物。
发现历史
丁二烯是由卡文托（Caventou）于1863年热解 戊醇 而发现的。1886年米勒（Miller）等鉴定丁二烯是从石油裂化出来的产物中的一个组分。不久发现多种化合物经过热裂解可生成丁二烯。
1909年， 俄罗斯 化学家彼得·尼古拉耶维奇·列别捷夫（ПётрНиколаевичЛебедев）发表了关于 丁二烯 聚合能力的报告， 次年发现 钠 能够将丁二烯转化为橡胶。1928年，列别捷夫开创了用 乙醇 制取丁二烯的工业化生产，并成功建立了世界上首个大规模生产丁钠 合成橡胶 的工厂。 20世纪40年代初， 美国 采用乙醇法，成功开发了 丁烯 催化 脱氢 制取丁二烯。50年代中期，尤金·胡德利（Eugene Houdry）实现了 丁烷 一步催化脱氢制取丁二烯。60年代后， 石脑油 裂解制取 乙烯 的工艺发展为 丁二烯 提供了丰富廉价来源，可直接从C 4 馏分中 抽提 丁二烯的 巴斯夫 法（乙烯 羰基 化法）和GPB法（二 甲基 酰胺 法）被广泛采用。与此同时，美国、 苏联 等国研究开发了 丁 、丁烯氧化脱氢制取丁二烯的方法，并于70年代实现工业化生产。
理化性质
物理性质
常温常压下，1,3-丁二烯为带有轻微甜味、芳香味的易于 液化 的无色气体， 低于-4.4℃时液化， 其不溶于水 （20℃时，在水中 溶解度 为3.76g/L），易溶于 乙醇 、 乙醚 、 丙酮 和苯等常用有机 溶剂 。 熔点 108.9℃， 沸点 4.4℃，闪点-76℃，自然温度414℃， 爆炸极限 为2~12%， 蒸汽压101.31kPa（-4.5℃）， 油水分配系数为1.99 ，其液体时的密度为0.6211 g/cm 3 、气体时的密度为1.84g/cm 3 。
化学性质
1,3- 丁二烯 属于 不饱和烃 ，具有共轭 双键 ，是最简单的 共轭二烯烃 ，因此其化学反应既展现烯烃的共性，又有其独特之处。
加成反应
受共轭效应影响，1,3-丁二烯的键长趋于平均化，但 电子云 分布并不完全均匀，其C 1 和C 2 间、C 3 和C 4 间电子云密度较高，而C 2 和C 3 间的电子云密度则较低，键长亦非完全等同。因此，1,3-丁二烯稳定性较高，能够与氢、 卤族元素 、 卤化氢 的加成反应。但是，1,3-丁二烯的加成反应比一般 烯烃 更容易发生，而且还能发生1,4-加成反应，这些都是由于其 分子结构 上的特殊性决定的。
在加成反应过程中，1,3- 丁二烯 存在两种主要的加成方式：一为1,2-加成，即选择性地作用在一个 双键 上，其加成机制与单烯的加成相类似；二为1,4-加成，该过程中试剂的两部分分别加至 共轭体系 的两端，即C 1 和C 4 两个 碳 上，导致原有的两个双键消失，并在C 2 与C 3 之间形成新的双键。 加成反应 特性在于1,2-加成与1,4-加成可同时发生，但哪一种加成方式占据主导，则取决于产物的 热力学 稳定性、反应 动力学 以及 溶剂 的 物化 性质等多种因素的综合影响。
双烯合成反应
共轭二烯烃 易与某些具有碳碳双键或三键的不饱和化合物发生1,4-加成反应，生成 环状化合物 ，称之为双烯合成（狄尔斯- 阿尔德 ，Diels-Alder反应）。 这是共轭二烯烃特有的反应，在理论上和生产上都具有重要意义。它将链状化合物转变成六元环状化合物，也称环合反应。双烯合成是环合反应的一种。
在双烯合成中，共轭 二烯 称为双烯体，另一不饱和化合物为 亲双烯体 。以1,3- 丁二烯 与 乙烯 的反应为例，该反应条件严苛，产率低。研究发现，当亲双烯体 双键 碳 上带有吸 电子 基团 （如-CHO、-COR、-CN、-COOH）时，反应更易进行。
聚合反应
共轭二烯烃 可以发生聚合反应，生成 高分子 聚合物。1,3-丁二烯既可发生1,2-加成聚合，也可发生1,4-加成聚合，在1,4-加成聚合时，可 顺式 聚合，也可 反式 聚合。
共轭二烯烃聚合是 合成橡胶 的关键步骤。如，在 卡尔·齐格勒 纳塔 催化剂 （Ziegier-Natta）作用下，1,3- 丁二烯 定向聚合可得 顺丁橡胶 。
1,3-丁二烯还可与其他不饱和的化合物发生共聚合，如1,3-丁二烯与 苯乙烯 共聚，生成 丁苯橡胶 。
应用领域
合成橡胶
1,3-丁二烯是制造合成橡胶原料的主要原料，如 丁苯橡胶 （ 苯乙烯 butadiene 生胶 ，SBR）、 丁腈橡胶 （ nitrile butadiene rubber，NBR）、 氯丁橡胶 （ 氯丁二烯 rubber，CR）、顺丁橡胶等。 其中，丁苯橡胶可代替 天然橡胶 或与天然橡胶掺用，主要用于制备轮胎、防水衣物、医疗和食物器具等。 丁腈橡胶 主要用于制作各种耐油制品，如一次性手套、耐油垫圈、胶管、软包装、 电缆 包覆材料等。 氯丁橡胶 主要用于制作汽车零部件、对耐老化性要求较高的电缆护套、各种耐 化学 腐蚀、防火的橡胶制品等。
合成树脂
随着 苯乙烯 塑料的发展，利用苯乙烯与1,3-丁二烯共聚，可生产各种用途广泛的 树脂 ，如ABS（ 丙烯腈 butadiene - styrene copolymer，ABS）树脂、 SBS（Styre ne- Butadiene-Styrene Thermoelastomer，SBS）树脂、MBS（Methyl 丙烯酸氰乙酯 Butadiene-Stylene-Copolymer，MBS）树脂等。 其中，ABS树脂可用来制造 齿轮 ，泵 叶轮 、轴承，在电视机外壳和其他家电也有广泛应用。 MBS树脂主要用来生产需要一定冲击强度的透明制品，如电视机、收录机、 电子 计算机 等各种 家用电器 外壳，仪器仪表盘、罩，电信器材零件，玩具、 日用品 等。 SBS树脂在建筑上主要用于石油 沥青 的改性。
化工原料
1,3- 丁二烯 也是重要的基础化工原料，可用于生产乙叉 降冰片烯 （乙丙橡胶第三 单体 ）、1,4- 1,4-丁二醇 （工程塑料）、 己二腈 （ 聚己二酰己二胺 单体）、 环丁砜 、 四氢呋喃 等。
在精细化工领域，1,3-丁二烯可与缺电子 亲双烯体 通过狄尔斯-阿尔德反应制备蒽醌，其衍生物应用于 染料 、杀菌剂和杀虫剂；与 马来酸酐 反应得到 四氢苯酐 ，用作聚酯和环氧树脂的固化剂与增塑剂；四氢苯酐再经 硝酸 氧化生成 丁烷四羧酸 ，用于制造水溶性漆；加氢后制得六氢 苯二甲酸 酐，作为环氧树脂固化剂；与 二氧化硫 作用生成 环丁烯砜 ，进一步氯化得环丁 ，用作芳烃萃取的选择性 溶剂 。
结构
1,3- 丁二烯 分子呈现平面结构，其键角均趋近于120°，碳碳 单键 键长0.148 nm，碳碳 双键 键长为0.137 nm。而在CH 3 -CH 3 中，C-C键长为0.154 nm，H 2 C=CH 2 中C-C键长为0.134 nm。键长有平均化的趋势。
杂化理论指出，1,3-丁二烯中的四个C 原子 采用sp 2 杂化方式，通过交盖形成三个C-Cσ键及六个C-Hσ键，这些σ键的对称轴 共面 ，从而确保1,3-丁二烯的十个原子亦处于同一平面内。
在σ键形成的同时，每个碳原子保留的一个未杂化的p轨道（含一个p电子）垂直于碳原子平面且相互平行。因此，不仅C 1 ~C 2 和C 3 ~C 4 原子上的p轨道能 重叠 ，C 2 ~C 3 间也有一定重叠（但较弱），使四个碳原子的p轨道整体重叠，形成共轭大 键体系。这种 电子云 扩展至整个分子的现象称为电子离域。大 键的形成使1,3- 丁二烯 分子中的单、 双键 性质不同于普通的单、双键，而是发生了平均化。电子离域的结果，使化合物的能量降低，稳定性增加。
1,3-丁二烯有两种构象：两个双键在 单键 的同侧或异侧。在室温条件下分子的热运动两种构象之间迅速转变。Diels-Alder反应要求双烯体必须s–顺构象。
制备方法
乙炔法
由乙炔制备1,3-丁二烯存在三种合成路径，包括奥斯特洛姆连斯基法、列泼法以及聚合加氢法。其中，聚合加氢法最为简洁，仅涉及乙炔聚合与加氢两个关键步骤。
乙醇脱水脱氢法
实验室中常用乙醇脱水、脱氢制备1,3-丁二烯。将乙醇蒸气于380~390℃环境下，通过 氧化锌 、 氧化镁 催化剂 ，脱水并脱氢，可制备1,3- 丁二烯 。
正丁烯、丁烷脱氢法
从石油中间产品出发，可实现1,3丁二烯的制备，常见的如 正丁烯 催化 脱氢法、 正丁烷 催化脱氢法、正丁烯氧化脱氢法、 乙烯 生产的副产物 抽提 法等。其中，丁烯氧化 脱氢 法在20世纪70年代初首先在美国工业化，20世纪90年也是中国工业生产1,3-丁二烯的主要方法。
在石油加工副产物的C 4 馏分中，含有一定量的1-丁烯、顺-2-丁烯和反-2-丁烯，可用 催化 脱氢法（常以 磷酸钙 为 催化剂 ，并用2% 三氧化二铬 使之稳定），在600~700°C条件下脱氢而制得1,3- 丁二烯 。另外在C 4 馏分中还含有 正丁烷 ，可用 氧化铝 为载体的氧化铬作催化剂，或以铋 磷浸渍在 硅胶 上作催化剂，于500°C使之 脱氢 而制得1,3-丁二烯。
安全事宜
GHS分类
危险警示
以上参考资料来源
危险声明
H220（100%）：极度易燃气体[危险 易燃气体]
H280（41.09%）：加压含气体；加热时可能会爆炸[警告 气体在压力下]
H340（100%）：可能导致遗传缺陷[危险 配子 致突 变性 ]
H350（100%）：可能致癌[危险 致癌性]
H361（28.49%）：怀疑损害生育能力或未出生的孩子[警告 生殖毒性 ]
H412（28.49%）：对 水生生物 有害并且有长期影响[长期危害]
危险特性
该物质极易燃，易与空气形成爆炸性混合物。其能扩散相当远，遇到火源会燃着，并把火焰沿 气流 相反方向引回。通常加 阻聚剂 ，以阻止自行聚合发热，以及生成爆炸性的 过氧化物 。但在火场高温下仍能产生聚合反应，使容器猛烈 爆破 。
环境影响
1,3- 丁二烯 是一种高活性的 挥发性有机物 ，大气中易与 臭氧 或 二氧化氮 经光催化氧化生成甲醛和 丙烯醛 ，进而刺激人眼，高浓度下可致窒息。其在大气中以气态存在，易被 光化学 引发的 羟基 、臭氧或硝基 自由基 降解。土壤中的1,3-丁二烯具有中等迁移性与高 挥发性 ，易释放至大气。此物质对环境有害，对鱼类尤其需警惕，同时应关注其对水体、土壤和大气可造成的污染。一旦液态释放，会迅速蒸发并在阳光下分解。
毒理
1,3-丁二烯主要经 呼吸道 作用，脂肪与 神经组织 为其体内主要蓄积部位。在体内，它首先转化为1,2- 环氧丁烯 和二环 丁烷 等中间产物，随后进一步代谢。鉴于这些中间产物的毒性和刺激性显著强于1,3- 丁二烯 ，尤其二环氧 丁烷 还具备拟放射作用，因此环氧化中间产物可能是造成慢性毒性的关键因素。
毒性
1,3-丁二烯具有麻醉和刺激作用。 该物质经呼吸道进入人体，吸入1%浓度易致头晕、恶心、 嗜睡 和上呼吸道刺激。30%~35%高浓度下，症状加剧，包括 耳鸣 、 胸闷 、 呼吸困难 、意识丧失和抽搐。长期接触可能引发失眠、记忆力减退、头痛等症状，并增加肿瘤风险。皮肤直接接触可能导致灼伤或冻伤。 世界卫生组织 国际癌症研究机构 公布的致癌物清单中，1,3-丁二烯属1类致癌物。
以上参考资料来源
注：《建设项目环境风险评价技术导则》（HJ169-2018）中界定大气毒性终点浓度分为1级和2级两种。1级限值内暴露1小时通常不危及人员生命，超过则可能威胁生命；2级限值内暴露一般不会造成不可逆的人体伤害或妨碍防护措施。
急救措施
吸入：迅速撤离并保持 呼吸道 畅通。 呼吸困难 时，应输氧。呼吸、心跳骤停，立即心肺复苏并送医。密切接触者无症状也应观察24~48小时。
皮肤接触：立即脱去污染衣物，用流动清水冲洗至少15分钟并就医。
眼睛接触：迅速分开眼睑，用清水或 生理盐水 冲洗5~10分钟并就医。
食入：饮用足量温水，催吐后及时就医。
消防措施
消防防护：需佩戴空气 呼吸器 ，身着 静电 及全身防护服，站在上风向进行灭火。
灭火策略：切断气源，如无法切断，则禁止熄灭泄漏火焰。尽量将容器移至安全空地，利用喷雾状水冷却容器，但避免与水直接接触。
灭火材料：推荐泡沫、干粉、 二氧化碳 或 松软土 作为灭火剂。
泄露应急处理
应急防护：需佩戴自给 正压 呼吸器与静电防护服，从上风处进入现场。
疏散与隔离：迅速疏散人员至上风安全区并警示周边，对泄漏区实施隔离。
应急措施：采取关阀、堵漏等措施切断泄漏源，并加强通风促进扩散。
消除方法：用泡沫覆盖减少蒸气危害，喷雾状水冷却和稀释蒸气。设置围堤或挖坑收集 废水 。条件允许时，将泄漏气体引至空旷处或用喷头烧除。
泄漏容器处理：破损容器由专业人员处理，修复、检验合格后复用。
防治方法
为实现有效预防控制，生产过程应自动化，定期检修设备防跑、冒、漏、滴。生产车间应全面通风。作业环境人员须穿戴防护服、护目镜、手套，并佩戴供气式呼吸器。严禁吸烟，避免火源风险。进入罐内或其他高浓度作业场所时，需严格监护，确保作业安全。