环丙烷

环丙烷（Cyclopropane）又名三亚甲基、三甲撑，化学式为C3H6，摩尔质量为42.08 g/mol。^[1][3]环丙烷wán是一种易燃性气体，其密度为1.1358 g/cm³ （20 °C），熔点为-127.4℃，沸点为-32.8 °C。^[1][2][4]易溶于乙醇，可溶于不挥发油。 ^[4]其化学性质处于烯烃和烷烃之间，比一般环烷烃活泼，可以发生取代反应和氧化反应，但由于碳环结构的存在，尤其是小环化合物较不稳定，容易开环发生加成反应变为开链烃，变为开链化合物，易被浓硫酸吸收。^[5][7][8]

环丙烷为可用于镇痛、麻醉诱导的吸人性麻醉药，MAC为9.2%。其相比于其他吸入麻醉药呼吸抑制作用更强，使心脏对肾上腺素和其他拟交感神经药物的敏感程度提高，是一种出色的麻醉剂，起效和恢复非常快，同时保持稳定的血流动力学。^[1][4]

环丙烷蒸发液体会导致冻伤，且其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。若在密闭空间泄漏，可能会置换空气并起到简单的窒息剂作用。^[1]此外，环丙烷可以对地表水、土壤、大气和饮用水造成污染，对环境有害。^[5]

环丙基结构广泛存在于具有生物活性的天然产物和药物分子中，研究人员从植物、真菌及微生物等生物体内分离出不同含有环丙烷结构的代谢产物。^[9]

1954年， 威廉·冯·埃格斯·多林（W.von E.Doering ）等人发现双卤碳烯可以以很高的产率加成到烯烃来形成环丙烷衍生物（见下图1），通过加成到三键可以得到环丙烯（见下图2），从而促进了碳烯化学的研究。^[10]

20世纪60年代逐渐兴起将环丙基结构引入药物分子的研究。^[9]1990年，Yoshida等人通过溶剂萃取和柱色谱纯化，从链霉菌科广岛链霉菌（ Streptoverticillium fervens）中分离出一种无色对丝状真菌具有高比活性、结构为 C32H43N3O6的新型抗生素（FR-900848）晶体，其中有一个奇特的含有五个环丙烷环系的C23脂肪酸侧链。^[11]

环丙烷不稳定，易发生开环反应是由其结构决定的。现代共价键理论认为，烷烃分子中每个碳原子是sp3杂化，其两个C—C键之间的夹角为109.5°，这样可以碳原子的轨道对称处于同一直线，成键最稳定。而环丙烷分子中，三个碳原子成平面正三角形，C—C—C键角理论应为60°，但要使三个碳原子共面则不能是正常的键角，要在成键时两个轨道弯曲方向重叠，形成弯键亦称香蕉键。根据量子力学计算：环丙烷的C—C—C键角为105.5°，H—C—H键角为115°。成键两原子轨道重叠程度愈大，形成的化学键愈强。当成键两个 sp3杂化轨道沿轨道对称轴方向面对面重叠时，重叠最多、最有效，键也最强，所以环丙烷的C—C键较弱且成键电子云分布在连接两个碳原子的直线外侧提供了被亲电试剂进攻的位置。^[12][13][14]

环丙烷是一种具有特殊臭、辛辣口感的无色高度可燃气体，易溶于乙醇、乙醚，可溶于不挥发油，15°C时可溶于水（1:2.7）。^[4]其密度为1.1358 g/cm³ （20 °C）^[2]，蒸气比空气重，接触液体可能会导致冻伤。^[1]熔点为-127.4℃，沸点为-32.8 °C。^[2]

环丙烷在充分加热或在空气、氧气或强氧化剂存在下点燃时，会放热燃烧产生二氧化碳和水。但在其他情况下，不受酸、碱、大多数氧化剂和大多数还原剂的水溶液影响，若温差较大，冷液化气与水接触可能会导致剧烈或剧烈的沸腾和极快的蒸发。^[1][8]

环丙烷容易与卤素加成，例如环丙烷与溴在室温下就可发生加成反应，使溴的颜色褪去。^[8]

在常温下，环丙烷及其烷基衍生物也容易与卤化氢加成。^[8]

环丙烷成键两个 sp3杂化轨道沿轨道对称轴方向面对面重叠时，重叠最多、最有效，键也最强，所以环丙烷的C—C键较弱且成键电子云分布在连接两个碳原子的直线外侧提供了被亲电试剂进攻的位置，与烯烃分子中碳碳之间各用一个sp2轨道相互交叠形成的C—C键相似，故环丙烷也表现出有烯烃的性质，容易发生开环加成反应。^[12][15]但环烷烃与强氧化剂不相容，不能使高锰酸钾溶液褪色，这是与烯烃性质不同之处，可用来区别环烷烃和烯烃，说明了环丙烷对氧化剂的稳定性。^[1][8]

早在19世纪就已经观测到，活泼的碳烯（如亚甲基或乙氧羰基碳烯）可以与芳环中的双键反应，生成稳定的环丙烷结构。^[10]

环丙烷环系可以通过烯烃或炔烃与类卡宾发生反应生成环丙烷环系的有机反应来构建，即Simmons-Smith反应。^[16][17][18]常用而有效的环丙烷化试剂为Simmons-Smith试剂：二碘甲烷和Cu-Zn，也可以用二溴甲烷代替二碘甲烷。^[19]

卡宾对烯烃的加成反应可用来制备用一般方法难以合成的环丙烷衍生物等，它也是卡宾的各类反应中被研究得最多的。例如，环已烯与卡宾反应可生成二环庚烷及其他重排反应产物。^[19][20]

另外，二乙基锌和二碘甲烷也可以用于环丙烷化反应。当分子中有羟基存在时，常诱导得到和羟基处于syn位的产物。^[19]

一些过渡金属 ，如Cu、Rh、Pd等可以催化重氮化合物对烯烃的环丙烷化反应。^[19]

环丙烷在工业上可从1,3二氯丙烷来制取，后者可用石油纯热裂法得出的丙烷，逐渐加热使起氯化而成。环丙烷亦可由钠、锌、或镁作用1,3二溴丙烷合成，得出的环丙烷可加入高锰酸钾溶液，以除去大部分烯烃杂质。^[21]

环丙烷最初被研究是因为它被认为是乙烯中的有毒元素，但随后因其可增强其他非除极化型肌松药（简箭毒碱、季铵ǎn酚、泮库溴铵等）的神经肌肉阻断作用，预料其他吸入麻醉剂（氟fú烷、甲氧氟烷、恩氟烷等）与法扎溴铵可发生类似相互影响，被证明是一种可用于镇痛、麻醉诱导麻醉药。^[1][22]

环丙烷作用于人体的麻醉浓度是20-25%，与其他吸入麻醉药相比，环丙烷对呼吸道的刺激极小，通过肺部被迅速吸收并几乎完全消除，因此屏气、呼吸急促和咳嗽等呼吸系统变化的频率较低，麻醉力强，麻醉作用快，可增强竞争性神经肌肉阻滞作用，呼吸抑制作用更强使心脏对肾上腺素和其他拟交感神经药物的敏感程度提高。^{[1][4][23][24]}

环丙烷是最有效的麻醉气体，其效力约为乙烯的五倍，一氧化二氮的七倍，但增加的吸气量会携带同时给予的任何其他气体，因此将加速第二种气体的肺泡浓度的上升，可能会导致新生儿抑郁，且麻醉后低血压、谵zhān妄和头痛比使用其他药物后更常见。^[1]

在深度麻醉期间和苏醒期间，瞳孔大小往往会增大，可能会导致眼球突出。尽管环丙烷引起的手术麻醉通常对动脉血压的影响较小，但当出现出血、心肌疾病或败血症时，可能会出现严重的红色DN。^[1]

环丙烷通过肺部被迅速吸收并几乎完全消除；少量 AMT 会通过皮肤扩散，另外少量（大约 0.5%）会在体内代谢并以二氧化碳和水的形式排出体外。^[1]

应急人员防护：建议应急处理人员佩戴自给正压式呼吸器，穿防静电工作服，从上风处进入现场。^[5]疏散隔离：立即对泄漏区进行隔离直至气体散尽，将溢出或泄漏区域在各个方向隔离至少 100 米；若大量泄漏考虑最初顺风疏散至少 800 米；若如果储罐、轨道车或油罐车着火，请在各个方向隔离 1600 米。^[1]人员迅速从泄漏污染区撤离至上风处，并提醒周边公众进行紧急疏散。^[5]应急行为：在确保安全的情况下，采用关阀、堵漏等措施，尽可能切断泄漏源，合理通风，加速扩散。防止气体通过通风系统扩散或进入限制性空间。^[5]消除方法：用工业覆盖层或吸附/吸收剂盖住泄漏点附近的下水道等地方，防止气体进入。如无危险，就地燃烧，同时喷雾状水使周围冷却，以防其他可燃物着火。或将漏气的容器移至空旷处，注意通风。^[5]泄漏容器处置：破损容器要由专业人员处理，修复、检验后再用。^[5]

吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道通畅。若窒息症状持续存在，进行人工呼吸和吸氧；若呼吸、心跳停止，则立即进行心肺复苏术、就医；^[1]密切接触者即使无症状，亦应观察 24～48 h。^[5]皮肤接触：若发生冻伤，冻在皮肤上的衣服应先用温水（38°C~42°C）复温，然后再脱下，忌用热水或辐射热，并及时就医；^[6]若发生烧伤，立即用冷水尽可能长时间地冷却受影响的皮肤；^[1]若衣服粘在皮肤上，请勿脱掉衣服。^[1]眼睛接触：立即分开眼睑，用流动清水或生理盐水彻底冲洗 5～10 min 并及时就医。^[5]

消防人员防护：须佩戴空气呼吸器、穿全身防火防毒服，站在上风向使用二氧化碳、干粉或水喷雾灭火。^[1]灭火方法：切断气源，如对周围环境无危险，让火自行燃烧完全，同时尽可能将容器从火场移至空旷处。喷雾状水保持容器冷却，但避免该物质与水接触，应当使用干粉或高倍泡沫。喷水保持火场冷却，直至灭火结束。^[1]灭火剂：雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉。^[5]

便携式气相色谱法现场应急监测中，具体操作是讲将样品直接导入或经吸附管吸附、热脱附后，进入气相色谱分离，用质谱检测器检测。对于 52 种目标化合物，通过与标准物质质谱图和保留时间比较定性，内标法定量；对于 52 种目标化合物以外的物质，通过与标准物质质谱图比较定性，根据其响应值与内标的响应值之比，估算其浓度。^[5][25]

环丙烷蒸气与空气可形成爆炸性混合物，爆炸板极限为2.4%~10.4%。^[1]

危险性描述：

H220 (100%)，危险极易燃气体；^[1]H280 (98.7%)，警告含有加压气体、受热可能爆炸；^[1]H340 (25.97%)，危险可能导致遗传缺陷；H350 (25.97%)，危险致癌性。^[1]