物質物理
CASR 編號：107-02-8
分子式：C 3 H 4 O
別名： 丙烯酸醛、aqualin、Magnacide
熔點：-88°C
沸點：52.5°C
比重：0.843
蒸氣壓：20°C 時 29.3 - 36.5 kPa
閃點：-18℃
歷史
1839 年，瑞典化學家Jöns Jacob Berzelius首次將丙烯醛(Acrolein)命名並將其定性為醛。他一直將其作為甘油（一種用於製造肥皂的材料）的熱降解產物進行研究。這個名稱是“acrid”（指其刺激性氣味）和“oleum”（指其油狀稠度）的縮寫。20世紀，丙烯醛成為工業生產丙烯酸和丙烯酸塑膠的重要中間體。
製作
工業上丙烯醛是透過丙烯氧化製備的。此過程使用空氣作為氧源，需要金屬氧化物作為多相催化劑：
- CH 3 CH=CH 2 + O 2 → CH 2 =CHCHO + H 2 O
北美、歐洲和日本每年都以這種方式生產約 50 萬噸丙烯醛。此外，所有丙烯酸都是透過丙烯醛的瞬時形成而產生的。
丙烷是合成丙烯醛的一種有前途但具有挑戰性的原料。主要的挑戰實際上是這種酸的過度氧化。
當甘油（又稱丙三醇）加熱至280℃時，分解成丙烯醛：
- (CH 2 OH) 2 CHOH → CH 2 =CHCHO + 2 H 2 O
當在從植物油或動物脂肪生產生質柴油的過程中共同生成甘油時，該路線很有吸引力。甘油脫水已被證實，但尚未證明與石化產品路線具有競爭力。
利基或實驗室方法
德固賽開發的丙烯醛原始工業路線涉及甲醛和乙醛的縮合：
- HCHO + CH 3 CHO → CH 2 =CHCHO + H 2 O
丙烯醛也可以在實驗室規模上透過硫酸氫鉀與甘油的作用來生產。
反應
丙烯醛是一種相對親電的化合物和活性化合物，因此具有高毒性。它是一種良好的邁克爾受體，因此可以與硫醇發生有用的反應。它很容易形成縮醛，其中一個突出的縮醛是衍生自季戊四醇、二亞烯丙基季戊四醇的螺環。丙烯醛參與許多狄爾斯-阿爾德反應，甚至本身也參與。透過 Diels-Alder 反應，它是一些商業香料的前體，包括鈴蘭醛、降冰片烯 -2-甲醛和myrac 醛。單體3,4-環氧環己基甲基-3',4'-環氧環己烷甲酸酯也是由丙烯醛經由四氫苯甲醛中間體所生產的。
用途
軍事用途
丙烯醛因其刺激性和起泡特性而被用於戰爭。第一次世界大戰期間，法國人在手榴彈和砲彈中使用了這種化學物質名稱為「Papite」。
殺菌劑
丙烯醛主要用作接觸性除草劑，用於控制灌溉渠中的沈水和漂浮雜草以及藻類。它在灌溉和循環水中的使用量為 10 ppm。在石油和天然氣工業中，它被用作鑽井水中的殺菌劑，以及硫化氫和硫醇的清除劑。
化學前驅物
利用丙烯醛的雙功能，許多有用的化合物由丙烯醛製成。胺基酸蛋氨酸是透過添加甲硫醇然後進行Strecker 合成來生產的。丙烯醛與乙醛和胺縮合生成甲基吡啶。它也是Skraup合成喹啉的中間體。
丙烯醛在氧氣存在和濃度高於 22% 的水中會發生聚合。聚合物的顏色和質地取決於條件。該聚合物是透明的黃色固體。在水中，它將形成堅硬的多孔塑膠。
丙烯醛已被用作製備電子顯微鏡生物標本的固定劑。
健康風險
丙烯醛有毒，對皮膚、眼睛和鼻道有強烈刺激性。丙烯醛的主要代謝途徑是穀胱甘肽的烷基化。世界衛生組織建議「口服丙烯醛的耐受攝取量」為每天每公斤體重 7.5 微克。儘管炸薯條（和其他油炸食品）中含有丙烯醛，但其含量僅為每公斤幾微克。針對丙烯醛的職業暴露，美國職業安全與健康管理局已將八小時時間加權平均值的允許暴露限值設定為 0.1 ppm (0.25 mg/m 3 )。丙烯醛以免疫抑制的方式發揮作用，並可能促進調節細胞的生長，從而一方面防止過敏的產生，但同時也會增加患癌症的風險。
丙烯醛對多種淡水魚、水生無脊椎動物、藻類和水生植物具有極高或高毒性。由於對水生植物和藻類具有毒性，並且從水中消散相對較快，因此在灌溉渠道等水生系統中用作除草劑。沒有證據表明它會在活體組織中蓄積，儘管對動物進行高長期重複劑量的研究表明，丙烯醛會對許多系統產生全身影響，包括呼吸系統、生殖系統、神經系統和血液系統。
丙烯醛可以透過燃燒樹木、香菸或燃料進入環境。它可能存在於空氣、水或陸地中。丙烯醛也可能因工業洩漏或危險廢棄物場而進入環境。用丙烯醛處理過的用於雜草控制的水在釋放到環境中之前被保留足夠的時間以使丙烯醛消散。
香煙煙霧
香菸煙霧中的丙烯醛氣體與肺癌風險之間存在關聯。丙烯醛是香菸煙霧中與呼吸道致癌最相關的七種有毒物質 之一。丙烯醛的作用機制似乎涉及誘導活性氧增加和與氧化壓力相關的DNA 損傷。
就香菸煙霧中成分的「非致癌健康商數」而言，丙烯醛占主導地位，其貢獻比其次成分氰化氫高 40 倍。香菸煙霧中的丙烯醛含量取決於香菸的種類和添加的甘油，每支香菸的丙烯醛含量高達 220 微克。重要的是，雖然主流菸霧中的成分濃度可以透過過濾器降低，但這對丙烯醛通常駐留且透過被動吸菸吸入的側流菸霧的成分沒有顯著影響。 正常使用的電子煙僅產生「可忽略不計」水平的丙烯醛。
化療代謝物
環磷醯胺和異環磷醯胺處理導致丙烯醛的產生。環磷酰胺治療過程中產生的丙烯醛會聚集在膀胱中，如果不及時治療，可能會導致出血性膀胱炎。
內源生產
丙烯醛是羅伊氏菌的成分。當有甘油時，腸道微生物可以產生羅伊氏菌素。微生物產生的羅伊氏菌素是丙烯醛的潛在資源。
丙烯醛與食品
優化食品熱處理以減少丙烯醛產量
食品的熱加工是大氣中丙烯醛的重要來源。 丙烯醛在食品熱加工過程中透過多種途徑產生，廣泛分佈於油炸食品、烘焙食品、過熱植物油、酒精飲料以及富含脂質和碳水化合物的食品中。 流行病學研究結果表明，華裔女性肺癌高發生率與炒鍋原料在高溫下產生的丙烯醛有關。 因此，人們透過飲食接觸丙烯醛，人工和優化飲食的結合可能是有效控制人類食物中丙烯醛攝取量的重要途徑，對維護人類健康具有重要意義。 研究表明，溫度過高是熱油脂中丙烯醛形成的重要因素。 研究人員觀察到，脂肪和油中丙烯醛的含量隨著時間和溫度的增加而增加。 因此，優化飲食中食物的熱處理工藝，例如透過降低烹飪過程中的溫度來減少丙烯醛的產生，可以緩解人類因攝取丙烯醛而引起的健康問題。 當然，在減少食品熱加工過程中丙烯醛生成的同時，也應注意食品風味和色澤的維持和改善。
探索更多天然產品作為食品添加劑來控制丙烯醛含量
許多研究發現，一些天然產物的萃取物，如胺基酸、多酚等，作為食品添加劑也可以在一定程度上控制丙烯醛的形成。 食品中含量豐富的胺基酸在溫和條件下可與丙烯醛反應形成加合物，從而減少熱加工食品中丙烯醛的產生。 食品中的遊離胺基酸，如丙胺酸、絲胺酸，不僅在生理條件下有效清除丙烯醛，在高溫如160℃下也能快速有效地去除丙烯醛。 此外，L-丙胺酸已被納入中國國家標準（GB 2760-2014），在中國用作風味增強劑。 近年來，多酚良好的抗氧化活性使其廣泛應用於各種烘焙食品的製作中，目的是降低食源性毒素的含量並增強其功能特性。 研究發現，楊梅素可以清除餅乾製作過程中產生的丙烯醛，這表明在烘焙食品中添加類黃酮可能會抑制食品加工過程中丙烯醛的產生。 抹茶粉中的兒茶素能夠顯著抑制烘焙過程中活性羰基物質（RCS）的積累，其熱穩定性顯示抹茶作為食品添加劑的能力。 因此，在蛋糕麵團中添加抹茶粉不僅可以增加蛋糕的風味，還可以降低丙烯醛等RCS化合物的含量。
此外，胺基酸和多酚作為食品添加劑需要注意以下問題：
- 胺基酸和多酚在人體中的生物利用度及其累積的風險；
- 多酚的熱降解特性對其清除丙烯醛效果的影響；
- 胺基酸、多酚與丙烯醛反應生成的加合物的安全性及在不同食品中的暴露量；
- 胺基酸和多酚與食品其他成分的相互作用；
- 加合物在人體內的吸收和代謝等。
因此，有必要充分評估食品中添加胺基酸和多酚的後果。
綜上所述，在未來食品工業中，發現更多可用於控制食源性毒物或富含抗氧化活性的天然產物，作為添加劑不僅可以增加食品的風味，而且可以作為添加劑，是一個重要的發展方向。還可以改善食品的功能特性，控制食源性有毒物質的含量，生產出更符合人體健康的食品。
