異戊二烯（Isoprene）又稱2-甲基-1,3-丁二烯，是最簡單的類異戊二烯化合物。其分子式為C5H8，摩爾質量68.12g/摩爾，在常溫下是一種無色、易揮發、有刺激性氣味的油狀液體，不溶于水，但易溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。它有S-順丁烯二酸二丁酯和S-反式，反式－己二烯二酸兩種異構體，常溫下主要以反式結構存在。異戊二烯化學性質活潑，易氧化和聚合，能發生烯烴特有的大多數反應，如與氯化氫加成等。
異戊二烯是一種重要的化工原料，在工業、醫藥和農業等領域得到廣泛應用。工業上主要用于制備聚異戊二烯橡膠和丁基橡膠，同時也可用于制備香料及中間體，如玫瑰醚等。此外，異戊二烯還可用于生產熱塑性彈性體、集成電路光刻膠、農藥及黏結劑等。在醫藥領域，它主要用于合成脂溶性維生素。在農業領域，異戊二烯被應用于生產擬除蟲菊酯等。
異戊二烯的生產方式包括生物合成、化學合成、脫氫法和抽提法等。例如，生物合成主要通過甲羥戊酸和甲基赤蘚糖醇磷酸兩條途徑實現。異戊二烯易燃，其蒸氣與空氣混合可形成爆炸性混合物。此外，它還有毒，濃度高時起麻醉作用，濃度低時剌激粘膜。中毒需對癥處理，皮膚污染時立即用大量清水沖洗。2017年10月27日，世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，異戊二烯在2B類致癌物清單中。
相關歷史
1860年，美國人威林斯（C.G.willins）把天然橡膠和杜仲桿裂解首次得到異戊二烯。第二次世界大戰期間，由于丁基橡膠的需要量增大，德國以松節油為原料生產異戊二烯，這是早期的異戊二烯工業生產方法。20世紀60年代初，異戊二烯定向聚合生產聚異戊橡膠研制成功，這種合成橡膠的性能及結構最類似天然橡膠。這一發現大大促進了異戊二烯的生產，先后出現了多種生產方法。
70年代乙烯工業的發展及裝置大型化，為異戊二烯生產提供了豐富的原料C5餾分。80年代初，世界異戊二烯年產量已超過1Mt，其中一半以上是由裂解C5餾分分離得到的。
理化性質
物理性質
異戊二烯在常溫下是一種無色、易揮發、有刺激性氣味的油狀液體，不溶于水，但易溶于乙醇、乙醚、丙酮等有機溶劑。它的分子式為C5H8，結構式CH2=C(CH3)CH=CH2，摩爾質量68.12g/摩爾，相對密度0.6830（20℃以下），脂水分配系數（log P）為2.30，酸堿度（pH）為6.5-7.0，爆炸極限1~9.7%，閃點-54°C（閉口杯），自燃溫度為395℃。
化學性質
異戊二烯是最簡單的類異戊二烯化合物，化學性質活潑，能發生烯烴特有的大多數反應。貯藏時易氧化和聚合，一般加入0.05~0.06%的穩定劑（通常用叔丁基苯二酚、對苯二酚等）。
氧化反應
異戊二烯易氧化，與氧化劑、發煙硫酸、硝酸接觸發生劇烈反應。且易燃，蒸氣與空氣混合可形成爆炸性混合物。
加成反應
自由基加成
不同結構的自由基可和異戊二烯的雙鍵起加成反應。例如，異戊二烯和甲基的加成反應，甲基由醋酸鉀電解產生，反應生成3-甲基-3-己烯。
鹵素及含鹵化合物加成
異戊二烯在溶液中與鹵素進行加成反應，因溶劑及反應條件不同而產生不同組成及比例的產物。例如，在四氯化碳溶液中，-5~-10℃異戊二烯和等摩爾比的氯氣進行反應，得到如下產物：
異戊二烯和氯化氫反應是親電子反應，生成的1,4-及1,2-位加成反應產物間的比例和反應條件有關。1,2-加成產物受動力學控制，在氯化氫存在下1,2-加成產物又異構成穩定的1,4-位加成產物。研究顯示，1,4-加成產品的轉化率可達95%，再進一步和丙酮反應生成甲基庚烯酮。
異戊二烯和次氯酸進行1,2-位加成反應生成氯醇：
烴類加成
以高度分散鈉和鉀為催化劑，以鄰氯甲苯為引發劑，在125℃異戊二烯和甲苯、乙苯、異丙苯等十二烷基苯進行加成反應。異戊二烯分子和苯的側鏈烷基可以“頭加成”或“尾加成”生成以下兩種產物：
氫加成
異戊二烯在多種加氫催化劑存在下可加氫成異戊烯或異戊烷。純異戊二烯加氫沒有實際意義，但當少量異戊二烯作為雜質存在的烴類混合物，有時為了進一步加工利用，需要利用此加成反應選擇加氫去除異戊二烯等不飽和化物。
Diels-Alder反應
異戊二烯在光和熱的作用下和含有不飽和鍵的親二烯化物進行1,4-位加成反應，生成含有六節環的化合物。當異戊二烯和一不對稱的親二烯化物反應時，一般生成兩個異構體，親二烯化物中的取代基仍保留在原有的位置。
二聚反應
在熱和光作用下，或有催化劑存在下異戊二烯可進行二聚反應。單純加熱時，異戊二烯二聚成環己烯等產物。
其他化合物的加成
異戊二烯可以和多種含硫、含氮化物起加成反應，生成多種比較復雜的含硫、含氮化合物。
取代反應
側甲基上氫原子的取代反應
異戊二烯氣相高溫氯化反應是典型的自由基取代反應，類似于丙烯高溫氯化反應，生成α-氯甲基-1,4-丁二烯。它是一種極為活潑的中間體，可進一步合成各種取代二烯烴及雙重二烯烴：
主鏈上氫原子被置換的反應
低溫下的氯化反應除生成加成反應產物外，還生成一定數量的主鏈上氫原子被取代的產品。
聚合反應
異戊二烯分子中含有共軛雙鍵，遇高溫可發生聚合反應，放出大量的熱。例如，異戊二烯在一定條件下自身聚合為聚異戊二烯，其聚異戊二烯有4種立構規整結構，即順-1,4-聚異戊二烯、反-1,4-聚異戊二烯、1,2-聚異戊二烯、3,4-聚異戊二烯。
應用領域
工業
異戊二烯既是異戊橡膠的重要單體，又是丁基橡膠的輔助單體，在工業上主要用來生產聚異戊二烯橡膠和丁基橡膠。此外，異戊二烯還可用于制備香料及中間體，例如氧化玫瑰、異戊烯氯和月桂烯等。其環狀二聚體可用于生產葉綠醇和芳樟醇，三聚體也可以合成多種香料產品。
異戊二烯還可用于制備sis（苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物）和SEPS（以PS塑料為末端段，以聚異戊二烯加氫得到的乙烯-丙烯共聚物為中間彈性嵌段的線型三嵌共聚物）。SIS是一種兩端為聚苯乙烯段，中間是聚異戊二烯，兩端是聚苯乙烯，屬于一種新型的熱塑性彈塑體材料，主要用于瀝青改性、黏合劑、制鞋和聚合物改性等。SEPS是一種熱塑性彈性體，主要用于潤滑劑、光纜密封油膏、膜制品以及透明彈性體的生產等。另外，在集成電路光刻膠的生產之中，異戊二烯也可以發揮出關鍵性的作用。
醫藥
異戊二烯在醫藥領域有著重要應用，尤其在合成多種維生素方面。其中包括脂溶性的維生素a、D、E和K，這四種維生素在生物體內均由含有5個碳的異戊二烯單元構成，屬于異戊二烯的衍生物。它們在物質代謝、促進機體生長發育以及維持生理功能等方面扮演著關鍵角色。
農業
異戊二烯作為繼有機氯、有機磷以后的第三代殺蟲劑，具有低毒、低殘毒的特性，具有代表性的含鹵族元素氯氟醚菊酯，如氯化芐菊、氯氰菊酯、溴氰菊酯，其重要中間體二氯菊酸在生產上都用異戊二烯縮合。二氯苯醚菊酯是二氯菊酸乙酯經皂化―縮合反應而得的高效殺蟲劑。該物為高效低毒殺蟲脒劑，用于防治棉花，水稻，蔬菜，果樹茶樹等多種作物害蟲，也用于防治衛生害蟲及牲畜害蟲，殺蟲作用強烈，很低的濃度即可使害蟲中毒死亡。
毒性
作用機制
異戊二烯屬微毒類，主要經呼吸道進入機體，也可經完整皮膚吸收。濃度高時起麻醉作用，濃度低時刺激粘膜，無明顯蓄積毒性，空氣中異戊二烯的允許濃度為40mg/m3。大鼠吸入LC50為180g/m3（2小時），人吸入2300mg/m3時，未發生急性中毒。
中毒表現
急性中毒時產生呼吸道粘膜刺激癥狀，長期接觸時有神經衰弱綜合癥表現，皮膚污染時可致局部皮膚充血、水腫。此外，2017年10月27日，世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，異戊二烯在2B類致癌物清單中。
急救
將中毒者移離事故現場，吸氧；根據癥狀對癥處理。蒸氣與液體能剌激眼、皮膚和呼吸系統。高濃度蒸氣有麻醉效應?？诜斐审w內損害。應使吸入蒸氣的患者脫離污染區，安置休息并保持溫暖。眼部受刺激須用水沖洗，嚴重的須就醫診治。皮膚接觸此物先用水沖洗，再用肥皂徹底洗滌。脫去污染衣物經洗過后再用。如果進入口內，立即漱口，急送醫院診治。
制備方式
生物合成
異戊二烯生物體內合成主要有兩條途徑：甲羥戊酸途徑和甲基赤蘚糖醇磷酸途徑。甲羥戊酸途徑主要存在于真核生物、古菌和維管植物的細胞質基質中，主要合成倍半萜、植物固醇等三萜以及一些多萜化合物。甲基赤蘚糖醇磷酸途徑主要存在于大多數細菌、綠藻門和高等植物的葉綠體內，主要合成單萜、二以及類胡蘿卜素、葉綠素、質體醌等多萜化合物。
化學合成
烯醛法
異丁烯-甲醛兩步法
在酸性催化劑存在下，異丁烯與甲醛經Prins反應所合生成4,4-二甲基-1,3-二氧六環（DMD），第二步DMD裂解生成異戊二烯、甲醛和水。
異丁烯-甲醛一步法
一步法以異丁烯和甲醛為原料、固體酸催化劑上氣相一步法合成異戊二烯。一步法一般選用的催化劑為磷酸鉻、磷酸鈣、氧化鋁氧化硅或特定結構的分子篩等。反應路線如下：
丙酮法
以天然氣為原料裂解制得乙炔，然后再與丙合成甲基丁醇，進一步脫水制異戊二烯。其反應分三步進行。該法物料無腐蝕性，收率較高。但原料價格貴，并且所使用的乙炔危險性很大，故一般不予采用。
丙烯二聚法
丙烯二聚法工藝過程分丙烯二聚、異構化和脫甲基三步。第一步，丙烯二聚反應催化劑為三丙基鋁，反應溫度為150~200℃，壓力20MPa；第二步，異構化反應所用的催化劑為固體磷酸，反應溫度為150~300℃；第三步，裂解所用的催化劑為溴化氫，反應溫度650~800℃。
脫氫法
脫氫法以異戊烷或異戊烯為原料進行脫氫制備異戊二烯。粗異戊二烯的生產包括3個步驟：脫氫、吸附和精餾。為了制得聚合級產品，粗異戊二烯還必須經過萃取法將其凈化。
通常異戊通過兩步脫氫生成異戊二烯。第一步異戊烷脫氫制異戊烯，第二步異戊烯脫氫制異戊二烯。來自煉廠撥頭油及催化裂化過程的C5餾分中的異戊烷，通過流化床反應器，用鋁-鉻催化劑，在630~650℃高溫下脫氫生成異戊烯。
異戊烯通過絕熱式固定床反應器，用鐵、鉻、鉀等多組分催化劑，在600~625℃脫氫生成異戊二烯。
脫氫產物經二甲基甲胺萃取精餾，可得到聚合級異戊二烯。
抽提法
在裂解石腦油、輕柴油等液體原料時，C5餾分中含有約15~20%的異戊二烯。為了獲得高純度的異戊二烯，通常會采用萃取精餾和共沸精餾法從C5餾分中抽提并分離。常用的萃取劑包括乙腈、二甲基酰胺、N-甲基吡咯烷酮和N-甲酰嗎啉等。
其他
化學吸附法通過金屬陽離子（如Ag+和Cu2+）與二烯烴發生可逆反應，生成Ag（或Cu）-π雙烯電子配位化合物，由于該絡合物與有機化合物不相溶，因此可實現雙烯烴與烷烴的分離。而膜分離法則利用脫乙酰甲殼質薄膜與Ag+或Cu+離子結合，使得烯烴和烷烴混合物能夠通過該膜實現分離。
結構
異戊二烯分子中含有兩個共軛雙健，其中間的碳-碳鍵不可旋轉，因此有有S-順丁烯二酸二丁酯和S-反式，反式－己二烯二酸兩種異構體。它在常溫下主要以反式結構存在，順反異構化能為1.5千卡/摩爾。兩種異構體的熔點、沸點等性質不同，順式熔點為-141℃、反式-87℃；順式沸點為-44℃，反式-42℃。
安全事宜
GHS分類
H224（100%）：危險易燃液體
H341（99.96%）：疑似引起遺傳缺陷
H350（99.96%）：可能致癌
H412（91.73%）：對水生生物有害，影響持久
參考資料
對環境的危害
研究表明，異戊二烯是含量最大的生物排放的揮發性有機碳化合物，是對流層最主要的非甲烷烴（NMHC)之一。NMHC是大氣中的痕量組分之一，在對流層大氣中活性很強，是城市光化學煙霧的重要前體物，對酸沉降中有機酸的形成有重大的貢獻，且全球和區域尺度NMHC的植被排放已遠遠超過了人為排放量。
毛白楊、柳樹和桉樹生長速度快，是可再生木材燃料的來源，先前被視為石油和煤炭的純凈替代品。然而，它們生長過程中會釋放物質異戊二烯，一旦在陽光下與其他空氣污染物混合，可能導致農作物減產。
應對措施
泄露
異戊二烯逸出，首先須切斷所有火源，戴好防毒面具與手套。用不燃性分散劑制成乳液刷洗，如無分散劑可用沙土吸收，倒至空曠地方任其蒸發。對污染地面用肥皂或洗潔精刷洗，經稀釋的洗水放入廢水系統。
消防
異戊二烯著火，消防人員須在有防爆掩蔽處操作，可用干粉化學品、泡沫或二氧化碳滅火。用水滅火可能無效，但需用水保持火場容器冷卻。用噴水驅散蒸氣，趕走逸出液體，防止引火，并用噴水保護去堵漏的人員。
儲存
異戊二烯需用金屬桶盛裝，放置容器時要防碰損，最好在戶外存放或放在易燃液體專庫內。每周取樣分析一次，以核實阻聚劑與聚合物的含量，且須與氧化劑隔絕。
參考資料 >
Isoprene .PubChem.2024-04-26
異戊二烯.國際化學品安全卡（中文版）.2024-04-26
2類致癌物清單(共380種，含2A類81種，2B類299種).紹興市市場監督管理局.2024-04-26
英研究認生物燃料不夠“綠” 可能加劇空氣污染.國家能源局.2024-04-27