异戊二烯（Isoprene）又称2-甲基-1,3-丁二烯，是最简单的类异戊二烯化合物。 其 分子式 为C 5 H 8 ， 摩尔质量 68.12g/ 摩尔 ，在常温下是一种无色、易挥发、有刺激性气味的油状液体，不溶于水，但易溶于 乙醇 、 乙醚 等有机 溶剂 。 它有S- 顺丁烯二酸二丁酯 和S- 反式，反式－己二烯二酸 两种异构体，常温下主要以反式结构存在。 异戊二烯 化学性质 活泼，易氧化和聚合，能发生 烯烃 特有的大多数反应，如与 氯化氢 加成等。
异戊二烯是一种重要的 化工原料 ，在工业、医药和农业等领域得到广泛应用。工业上主要用于制备 聚异戊二烯 橡胶和 丁基橡胶 ，同时也可用于制备香料及中间体，如 玫瑰醚 等。 此外，异戊二烯还可用于生产 热塑性弹性体 、集成电路光刻胶、农药及黏结剂等。 在医药领域，它主要用于合成 脂溶性维生素 。 在农业领域，异戊二烯被应用于生产 拟除虫菊酯 等。
异戊二烯的 生产方式 包括 生物合成 、化学合成、 脱氢 法和抽提法等。例如，生物合成主要通过 甲羟戊酸 和 甲基 赤藓糖醇 磷酸两条途径实现。 异戊二烯易燃，其蒸气与空气混合可形成爆炸性混合物。 此外，它还有毒，浓度高时起麻醉作用，浓度低时剌激粘膜。 中毒需对症处理，皮肤污染时立即用大量清水冲洗。 2017年10月27日， 世界卫生组织 国际癌症研究机构 公布的致癌物清单初步整理参考，异戊二烯在2B类致癌物清单中。
相关历史
1860年，美国人威林斯（C.G.willins）把 天然橡胶 和 杜仲 杆裂解首次得到异戊二烯。 第二次世界大战 期间，由于 丁基橡胶 的需要量增大， 德国 以 松节油 为原料生产异戊二烯，这是早期的异戊二烯工业生产方法。20世纪60年代初，异戊二烯定向聚合生产聚异戊橡胶研制成功，这种 合成橡胶 的性能及结构最类似天然橡胶。这一发现大大促进了异戊二烯的生产，先后出现了多种生产方法。
70年代乙烯工业的发展及装置大型化，为异戊二烯生产提供了丰富的原料C 5 馏分。80年代初，世界异戊二烯年产量已超过1Mt，其中一半以上是由裂解C 5 馏分分离得到的。
理化性质
物理性质
异戊二烯在常温下是一种无色、易挥发、有刺激性气味的油状液体，不溶于水，但易溶于 乙醇 、 乙醚 、 丙酮 等有机 溶剂 。 它的 分子式 为C 5 H 8 ， 结构式 CH 2 =C(CH 3 )CH=CH 2 ， 摩尔质量 68.12g/ 摩尔 ，相对密度0.6830（20℃以下），脂水分配系数（log P）为2.30，酸碱度（pH）为6.5-7.0， 爆炸极限 1~9.7%，闪点-54°C（闭口杯），自燃温度为395℃。
化学性质
异戊二烯是最简单的类异戊二烯化合物，化学性质活泼，能发生 烯烃 特有的大多数反应。 贮藏时易氧化和聚合，一般加入0.05~0.06%的 稳定剂 （通常用 叔丁基 苯二酚 、 对苯二酚 等）。
氧化反应
异戊二烯易氧化，与 氧化剂 、 发烟硫酸 、 硝酸 接触发生剧烈反应。 且易燃，蒸气与空气混合可形成爆炸性混合物。
加成反应
自由基加成
不同结构的 自由基 可和异戊二烯的 双键 起加成反应。例如，异戊二烯和 甲基 的加成反应，甲基由醋酸钾 电解 产生，反应生成3-甲基-3- 己烯 。
卤素及含卤化合物加成
异戊二烯在溶液中与卤素进行加成反应，因 溶剂 及反应条件不同而产生不同组成及比例的产物。例如，在 四氯化碳 溶液中，-5~-10℃异戊二烯和等摩尔比的 氯气 进行反应，得到如下产物：
异戊二烯和 氯化氢 反应是亲电子反应，生成的1,4-及1,2-位 加成反应 产物间的比例和反应条件有关。1,2-加成产物受 动力学 控制，在氯化氢存在下1,2-加成产物又异构成稳定的1,4-位加成产物。研究显示，1,4-加成产品的转化率可达95%，再进一步和 丙酮 反应生成 甲基庚烯酮 。
异戊二烯和 次氯酸 进行1,2-位加成反应生成氯醇：
烃类加成
以高度分散钠和钾为 催化剂 ，以 邻氯甲苯 为 引发剂 ，在125℃异戊二烯和甲苯、 乙苯 、 异丙苯 等 十二烷基苯 进行加成反应。异戊二烯分子和苯的侧链 烷基 可以“头加成”或“尾加成”生成以下两种产物：
氢加成
异戊二烯在多种 加氢催化剂 存在下可加氢成 异戊烯 或 异戊烷 。纯异戊二烯加氢没有实际意义，但当少量异戊二烯作为杂质存在的烃类 混合物 ，有时为了进一步加工利用，需要利用此 加成反应 选择加氢去除异戊二烯等不饱和化物。
Diels-Alder反应
异戊 二烯 在光和热的作用下和含有不饱和键的亲二烯化物进行1,4-位加成反应，生成含有六节环的化合物。当异戊二烯和一不对称的亲二烯化物反应时，一般生成两个异构体，亲二烯化物中的 取代基 仍保留在原有的位置。
二聚反应
在热和光作用下，或有 催化剂 存在下异戊二烯可进行二聚反应。单纯加热时，异戊二烯二聚成 环己烯 等产物。
其他化合物的加成
异戊二烯可以和多种含硫、含氮化物起 加成反应 ，生成多种比较复杂的含硫、含氮化合物。
取代反应
侧甲基上氢原子的取代反应
异戊二烯气相高温氯化反应是典型的 自由基 取代反应，类似于 丙烯 高温氯化反应，生成α-氯甲基-1,4- 丁二烯 。它是一种极为活泼的中间体，可进一步合成各种取代 二烯烃 及双重二烯烃：
主链上氢原子被置换的反应
低温下的氯化反应除生成加成反应产物外，还生成一定数量的主链上氢原子被取代的产品。
聚合反应
异戊二烯分子中含有共轭 双键 ，遇高温可发生聚合反应，放出大量的热。 例如，异戊二烯在一定条件下自身聚合为 聚异戊二烯 ，其聚异戊二烯有4种立构规整结构，即顺-1,4-聚异戊二烯、反-1,4-聚异戊二烯、1,2-聚异戊二烯、3,4-聚异戊二烯。
应用领域
工业
异戊二烯既是异戊橡胶的重要 单体 ，又是 丁基橡胶 的辅助单体，在工业上主要用来生产聚异戊二烯橡胶和丁基橡胶。 此外，异戊二烯还可用于制备香料及中间体，例如 氧化玫瑰 、 异戊烯 氯和 月桂烯 等。其环状二聚体可用于生产叶绿醇和 芳樟醇 ， 三聚体 也可以合成多种香料产品。
异戊二烯还可用于制备 sis （ 苯乙烯 -异戊二烯-苯乙烯 共聚物 ）和SEPS（以 PS塑料 为末端段，以 聚异戊二烯 加氢得到的乙烯- 丙烯共聚物 为中间弹性嵌段的线型三嵌共聚物）。SIS是一种两端为 聚苯乙烯 段，中间是 聚异戊二烯 ，两端是聚苯乙烯，属于一种新型的热塑性弹塑体材料，主要用于 沥青 改性、黏合剂、制鞋和聚合物改性等。SEPS是一种 热塑性弹性体 ，主要用于 润滑剂 、 光缆 密封油膏、膜制品以及透明弹性体的生产等。 另外，在 集成电路 光刻胶 的生产之中，异戊二烯也可以发挥出关键性的作用。
医药
异戊二烯在医药领域有着重要应用，尤其在合成多种 维生素 方面。 其中包括 脂溶性 的 维生素a 、D、E和K，这四种维生素在生物体内均由含有5个 碳 的异戊二烯单元构成，属于异戊二烯的 衍生物 。 它们在物质代谢、促进机体生长发育以及维持生理功能等方面扮演着关键角色。
农业
异戊二烯作为继有机氯、有机磷以后的第三代杀虫剂，具有低毒、低残毒的特性，具有代表性的含 卤族元素 氯氟醚菊酯 ，如 氯化苄 菊 、 氯氰菊酯 、 溴氰菊酯 ，其重要中间体二氯菊酸在生产上都用异戊二烯缩合。 二氯苯醚菊酯 是二氯菊酸乙酯经皂化― 缩合反应 而得的高效杀虫剂。该物为高效低毒 杀虫脒 剂，用于防治棉花，水稻，蔬菜，果树茶树等多种作物害虫，也用于防治卫生害虫及牲畜害虫，杀虫作用强烈，很低的浓度即可使害虫中毒死亡。
毒性
作用机制
异戊二烯属微毒类，主要经 呼吸道 进入机体，也可经完整皮肤吸收。 浓度高时起麻醉作用，浓度低时刺激粘膜，无明显蓄积毒性，空气中异戊二烯的允许浓度为40mg/m 3 。 大鼠吸入LC 50 为180g/m 3 （2小时），人吸入2300mg/m 3 时，未发生急性中毒。
中毒表现
急性中毒时产生呼吸道粘膜刺激症状，长期接触时有神经衰弱综合症表现，皮肤污染时可致局部皮肤充血、水肿。 此外，2017年10月27日， 世界卫生组织 国际癌症研究机构 公布的致癌物清单初步整理参考，异戊二烯在2B类致癌物清单中。
急救
将中毒者移离事故现场，吸氧；根据症状对症处理。 蒸气与液体能剌激眼、皮肤和 呼吸系统 。高浓度蒸气有麻醉效应。口服会造成体内损害。应使吸入蒸气的患者脱离污染区，安置休息并保持温暖。眼部受刺激须用水冲洗，严重的须就医诊治。皮肤接触此物先用水冲洗，再用肥皂彻底洗涤。脱去污染衣物经洗过后再用。如果进入口内，立即 漱口 ，急送医院诊治。
制备方式
生物合成
异戊二烯生物体内合成主要有两条途径： 甲羟戊酸途径 和 甲基 赤藓糖醇 磷酸途径。甲羟戊酸途径主要存在于 真核生物 、 古菌 和 维管植物 的 细胞质 基质中，主要合成 倍半萜 、 植物固醇 等 三萜 以及一些 多萜 化合物。甲基赤藓糖醇磷酸途径主要存在于大多数细菌、 绿藻门 和高等植物的 叶绿体 内，主要合成 单萜 、二 以及 类胡萝卜素 、叶绿素、 质体醌 等多萜化合物。
化学合成
烯醛法
异丁烯-甲醛两步法
在酸性 催化剂 存在下，异丁烯与甲醛经Prins反应所合生成4,4-二甲基-1,3- 二氧六环 （DMD），第二步DMD裂解生成异戊二烯、甲醛和水。
异丁烯-甲醛一步法
一步法以异丁烯和甲醛为原料、 固体酸催化剂 上气相一步法合成异戊二烯。一步法一般选用的催化剂为 磷酸铬 、 磷酸钙 、 氧化铝 氧化硅或特定结构的 分子筛 等。反应路线如下：
丙酮法
以天然气为原料裂解制得 乙炔 ，然后再与丙 合成 甲基 丁醇，进一步脱水制异戊二烯。其反应分三步进行。该法物料无腐蚀性， 收率 较高。但原料价格贵，并且所使用的乙炔危险性很大，故一般不予采用。
丙烯二聚法
丙烯二聚法工艺过程分丙烯二聚、异构化和脱甲基三步。第一步，丙烯二聚反应 催化剂 为三丙基铝，反应温度为150~200℃，压力20MPa；第二步，异构化反应所用的催化剂为 固体磷酸 ，反应温度为150~300℃；第三步，裂解所用的催化剂为溴化氢，反应温度650~800℃。
脱氢法
脱氢法以 异戊烷 或 异戊烯 为原料进行脱氢制备异戊二烯。粗异戊二烯的生产包括3个步骤：脱氢、 吸附 和精馏。为了制得聚合级产品，粗异戊二烯还必须经过萃取法将其净化。
通常异戊 通过两步脱氢生成异戊二烯。第一步异戊烷脱氢制异戊烯，第二步异戊烯脱氢制异戊二烯。来自炼厂拨头油及 催化 裂化过程的C 5 馏分中的异戊烷，通过 流化床反应器 ，用铝-铬 催化剂 ，在630~650℃高温下脱氢生成异戊烯。
异戊烯通过绝热式 固定床 反应器 ，用铁、铬、钾等 多组分催化剂 ，在600~625℃ 脱氢 生成异戊二烯。
脱氢产物经二甲基甲 胺 萃取 精馏，可得到聚合级异戊二烯。
抽提法
在裂解 石脑油 、轻柴油等液体原料时，C 5 馏分中含有约15~20%的异戊二烯。为了获得高纯度的异戊二烯，通常会采用萃取精馏和 共沸 精馏法从C 5 馏分中抽提并分离。 常用的 萃取剂 包括 乙腈 、二 甲基 酰胺 、 N-甲基吡咯烷酮 和N- 甲酰 吗啉 等。
其他
化学 吸附 法通过金属 阳离子 （如Ag + 和Cu 2+ ）与 二烯烃 发生 可逆反应 ，生成Ag（或Cu）-π双烯 电子 配位化合物 ，由于该络合物与 有机化合物 不相溶，因此可实现双烯烃与 烷烃 的分离。 而膜分离法则利用脱 乙酰 甲壳质 薄膜与Ag + 或Cu + 离子结合，使得 烯烃 和烷烃 混合物 能够通过该膜实现分离。
结构
异戊二烯分子中含有两个共轭双健，其中间的碳-碳键不可旋转，因此有有S- 顺丁烯二酸二丁酯 和S- 反式，反式－己二烯二酸 两种异构体。它在常温下主要以反式结构存在，顺反异构化能为1.5千卡/ 摩尔 。 两种异构体的 熔点 、 沸点 等性质不同，顺式熔点为-141℃、反式-87℃；顺式沸点为-44℃，反式-42℃。
安全事宜
GHS分类
H224（100%）：危险 易燃液体
H341（99.96%）：疑似引起遗传缺陷
H350（99.96%）：可能致癌
H412（91.73%）：对 水生生物 有害，影响持久
参考资料
对环境的危害
研究表明，异戊二烯是含量最大的生物排放的 挥发性 有机碳化合物，是 对流层 最主要的非 甲烷 烃（NMHC)之一。NMHC是大气中的痕量组分之一，在对流层大气中活性很强，是城市 光化学烟雾 的重要 前体 物，对酸 沉降 中 有机酸 的形成有重大的贡献，且全球和区域尺度NMHC的 植被 排放已远远超过了人为排放量。
毛白杨 、柳树和桉树生长速度快，是可再生木材燃料的来源，先前被视为石油和煤炭的纯净 替代品 。然而，它们生长过程中会释放 物质 异戊二烯，一旦在阳光下与其他空气污染物混合，可能导致农作物减产。
应对措施
泄露
异戊二烯逸出，首先须切断所有火源，戴好防毒面具与手套。用不燃性 分散剂 制成乳液刷洗，如无分散剂可用沙土吸收，倒至空旷地方任其蒸发。对污染地面用肥皂或 洗洁精 刷洗，经稀释的洗水放入 废水 系统。
消防
异戊二烯着火，消防人员须在有防爆掩蔽处操作，可用干粉化学品、泡沫或 二氧化碳 灭火。用水灭火可能无效，但需用水保持火场容器冷却。用喷水驱散蒸气，赶走逸出液体，防止引火，并用喷水保护去堵漏的人员。
储存
异戊二烯需用金属桶盛装，放置容器时要防碰损，最好在户外存放或放在 易燃液体 专库内。每周 取样 分析一次，以核实 阻聚剂 与聚合物的含量，且须与 氧化剂 隔绝。