1-BUTANOL (N-BUTANOL)

Le 1-butanol (n-butanol), également appelé butan-1-ol ou n-butanol, est un alcool primaire de formule chimique C₄H₉OH et de structure linéaire.
Les isomères du 1-butanol (n-butanol) sont l'isobutanol, le butan-2-ol et le tert-butanol.
Le terme « butanol » désigne généralement l'isomère à chaîne linéaire.

CAS : 71-36-3
Formule formule brute : C₄H₁₀O
Masse molaire : 74,12 g/mol
EINECS : 200-751-6

Synonymes : alcool butylique ; butanol ; butanol-1 ; butanolène ; butanolo ; butanols ; alcool butylique

Le 1-butanol (n-butanol) est un produit naturel mineur issu de la fermentation éthanolique des sucres et autres saccharides. On le retrouve dans de nombreux aliments et boissons.
Aux États-Unis, le 1-butanol (n-butanol) est également un arôme artificiel autorisé, utilisé dans le beurre, la crème, les fruits, le rhum, le whisky, les crèmes glacées, les confiseries, les produits de boulangerie et les liqueurs. Le 1-butanol (n-butanol) est également utilisé dans une large gamme de produits de consommation.
Son principal usage est comme intermédiaire industriel, notamment pour la fabrication de l'acétate de butyle (lui-même un arôme artificiel et un solvant industriel).
Le 1-butanol (n-butanol) est un produit pétrochimique dérivé du propylène.
Les estimations de production pour 1997 sont les suivantes : États-Unis : 784 000 tonnes ; Europe de l'Ouest : 575 000 tonnes ; Japon : 225 000 tonnes.
Le 1-butanol (n-butanol) est un alcool à quatre atomes de carbone.
Sa formule moléculaire est CH₃CH₂CH₂CH₂OH. Il existe trois isomères : l'isobutanol, le sec-butanol et le tert-butanol. Le 1-butanol (n-butanol) est un liquide incolore à l'odeur d'alcool.
Son point d'ébullition est de 117,7 °C, sa masse volumique (à 20 °C) est de 0,8109 g/cm³, son point de congélation est de -89,0 °C, son point d'éclair se situe entre 36 et 38 °C, son point d'auto-inflammation est de 689 °F et son indice de réfraction (n₂₀D) est de 1,3993.
À 20 °C, la solubilité du 1-butanol (n-butanol) dans l'eau est de 7,7 % (en masse), tandis que sa solubilité dans l'eau est de 20,1 % (en masse).
Le 1-butanol (n-butanol) est miscible à l'éthanol, à l'éther et à d'autres solvants organiques. Le 1-butanol (n-butanol) peut être utilisé comme solvant pour diverses peintures et comme matière première pour la production de plastifiants, notamment le phtalate de dibutyle.

Le 1-butanol (n-butanol) sert également à la fabrication d'acrylate de butyle, d'acétate de butyle et d'éther butylique d'éthylène glycol. Il est aussi utilisé comme extrait d'intermédiaires de synthèse organique et de médicaments biochimiques, ainsi que dans la fabrication de tensioactifs.
Sa vapeur d'eau peut former des mélanges explosifs avec l'air, la limite d'explosivité se situant entre 3,7 % et 10,2 % (fraction volumique).
Le 1-butanol (n-butanol) a été découvert en 1852 par C.-A. Wurtz (Français) à partir de l'huile de fusel obtenue par fermentation d'alcool.
En 1913, les sociétés britanniques Strange-Graham ont utilisé du maïs comme matière première pour la production d'acétone par fermentation, le butanol étant le principal sous-produit. Par la suite, face à la demande croissante de butanol, l'usine de production par fermentation s'est spécialisée dans la synthèse du n-butanol, l'acétone et l'éthanol étant les principaux sous-produits.
Durant la Seconde Guerre mondiale, l'entreprise chimique allemande Ruhr a commencé à appliquer le procédé au propylène carboxyle pour la production de 1-butanol (n-butanol).
Avec l'essor de l'industrie pétrolière dans les années 1950, la synthèse du 1-butanol (n-butanol) a connu un développement rapide, le procédé au propylène carboxyle étant le plus performant.

Le 1-butanol (n-butanol) est un liquide inflammable incolore à forte odeur d'alcool.
Le 1-butanol (n-butanol) est un liquide très réfractaire qui brûle avec une flamme très lumineuse.
Le 1-butanol (n-butanol) est incompatible avec les acides forts, les oxydants puissants, l'aluminium, les chlorures d'acides, les anhydrides d'acides, le cuivre et les alliages de cuivre.
Le 1-butanol (n-butanol) est largement utilisé dans de nombreux secteurs industriels.
Par exemple, il sert de solvant dans la fabrication de peintures, vernis, résines synthétiques, gommes, produits pharmaceutiques, huiles végétales, colorants et alcaloïdes.
On le retrouve également dans la fabrication de cuir artificiel, de caoutchouc, de colles plastiques, de gomme laque, d'imperméables, de parfums et de films photographiques.
Le 1-butanol (n-butanol) est un alcool primaire dérivé du butane, dont un atome d'hydrogène d'un groupe méthyle est remplacé par un groupe hydroxyle.
Chez l'homme, le 1-butanol (n-butanol) est produit en petites quantités par le microbiote intestinal.
Le 1-butanol (n-butanol) joue un rôle de solvant protique et est un métabolite chez l'homme et la souris. 1-butanol (n-butanol) C'est un alcool primaire, un alcool gras primaire à chaîne courte et un alcool alkylique.

Propriétés chimiques du 1-butanol (n-butanol)
Point de fusion : -90 °C (littérature)
Point d’ébullition : 116-118 °C (littérature)
Densité : 0,81 g/mL à 25 °C (littérature)
Densité de vapeur : 2,55 (par rapport à l’air)
Pression de vapeur : 6,7 hPa (20 °C)
FEMA : 2178 | ALCOOL BUTYlique
Indice de réfraction : n₂O/D 1,399 (littérature)
Point d’ébullition : 95 °F
Température de stockage : Conserver entre +5 °C et +30 °C.
Solubilité : soluble dans l'eau
Forme : liquide
pKa : 15,24 ± 0,10 (prédit)
Couleur : APHA : ≤ 10
Polarité relative : 0,586
PH : 7 (70 g/l, H₂O, 20 °C)
Odeur : alcoolisée ; piquante ; forte ; caractéristique ; légèrement alcoolisée, sans résidu. Seuil olfactif : 0,038 ppm
Type d'odeur : fermentée
Source biologique : synthétique
Limite d'explosivité : 1,4-11,3 % (V)
Solubilité dans l'eau : 80 g/L (20 °C)
Sensibilité : sensible à l'humidité
λ_max : 215 nm, A_max : 1,00
λ_max : 220 nm, A_max : 0,50
λ_max : 240 nm, A_max : 0,10
λ_max : 260 nm, A_max : 0,04
λ_max : 280-400 nm, A_max : 0,01
Merck : 141540
Numéro JECFA : 85
BRN : 969148
Constante de la loi de Henry : 49,2 à 50 °C, 92,0 à 60 °C, 152 à 70 °C, 243 à 80 °C 80 °C (analyse par chromatographie en phase gazeuse en espace de tête, Hovorka et al., 2002)
Limites d'exposition : VLE-VME 300 mg/m³ (100 ppm) (NIOSH), 150 mg/m³ (50 ppm) (ACGIH) ; IDLH 8 000 ppm (NIOSH).
Constante diélectrique : 17,1 (25 °C)
Stabilité : Stable. Incompatible avec les acides forts, les oxydants puissants, l'aluminium, les chlorures d'acides, les anhydrides d'acides, le cuivre et les alliages de cuivre. Inflammable. Fonctions des ingrédients cosmétiques : DÉNATURANT
SOLVANT
PARFUMEUR
Revue des ingrédients cosmétiques (CIR) : 1-butanol (n-butanol) (71-36-3)
InChI : 1S/C4H10O/c1-2-3-4-5/h5H,2-4H2,1H3
Clé InChI : LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N
LogP : 0,88
Tension superficielle : 23,476 mN/m à 298,15 K
Référence CAS : 71-36-3
Référence chimique NIST : 1-butanol (n-butanol) (71-36-3)
Système d’enregistrement des substances de l’EPA : 1-butanol (n-butanol) (71-36-3)
Rapport JACC de l’ECETOC : 1-butanol (n-butanol) (71-36-3)

Le 1-butanol (n-butanol) est un liquide inflammable incolore à forte odeur d'alcool.
C'est un liquide très réfractif qui brûle avec une flamme très lumineuse.
Le 1-butanol (n-butanol) est incompatible avec les acides forts, les oxydants puissants, l'aluminium, les chlorures d'acides, les anhydrides d'acides, le cuivre et les alliages de cuivre.
Le 1-butanol (n-butanol) est largement utilisé dans de nombreux secteurs industriels.
Par exemple, il sert de solvant dans les industries de fabrication de peintures, vernis, résines synthétiques, gommes, produits pharmaceutiques, huiles végétales, colorants et alcaloïdes. Le 1-butanol (n-butanol) est utilisé dans la fabrication du cuir artificiel, du caoutchouc, des colles plastiques, de la gomme-laque, des imperméables, des parfums et des films photographiques.
Le 1-butanol (n-butanol) est un solvant, un intermédiaire chimique et un additif de l'essence sans plomb.
Le 1-butanol (n-butanol) est un liquide incolore et volatil à l'odeur douceâtre rance.
Le seuil de perception olfactive du 1-butanol (n-butanol) dans l'air a été établi à 0,83 ppm ; d'autres études ont identifié des concentrations minimales permettant de percevoir une odeur à 11 et 15 ppm.

Propriétés physiques :
Liquide limpide et incolore à l'odeur douceâtre rance, semblable à celle de l'huile de fusel.
Les seuils de détection et de reconnaissance olfactive déterminés expérimentalement étaient respectivement de 900 µg/m³ (300 ppbv) et de 3,0 mg/m³ (1,0 ppmv). Le seuil de perception olfactive dans l'eau est de 500 ppb.
Le seuil de perception olfactive le plus faible dans l'eau concentrée à 60 °C était de 0,2 mg/L (Alexander et al., 1982). Cometto-Muñiz et al. (2000) ont rapporté des seuils de perception nasale de l'odeur piquante allant d'environ 900 à 4 000 ppm.

Utilisations
Le 1-butanol (n-butanol) est le plus important dans l'industrie et le plus étudié.
Le 1-butanol (n-butanol) est un liquide incolore à l'odeur forte, légèrement alcoolisée.
Il est utilisé dans les dérivés chimiques et comme solvant pour les peintures, les cires, le liquide de frein et les produits de nettoyage.
Le 1-butanol (n-butanol) figure parmi les arômes alimentaires autorisés dans la réglementation chinoise relative aux additifs alimentaires.
Il est principalement utilisé pour aromatiser les aliments tels que la banane, le beurre, le fromage et le whisky.
Pour les confiseries, la dose recommandée est de 34 mg/kg ; pour les produits de boulangerie, elle est de 32 mg/kg ; pour les boissons gazeuses, elle est de 12 mg/kg ; et pour les boissons fraîches, elle est de 7 mg/kg. Pour la crème, la teneur recommandée est de 4,0 mg/kg ; pour l’alcool, elle est de 1,0 mg/kg.
Le 1-butanol (n-butanol) est principalement utilisé pour la fabrication des plastifiants n-butylés dérivés de l’acide phtalique, des acides dicarboxyliques aliphatiques et de l’acide phosphorique, largement employés dans divers produits en plastique et en caoutchouc.

Le 1-butanol (n-butanol) peut également servir de matière première pour la production de butyraldéhyde, d’acide butyrique, de butylamine et de lactate de butyle en synthèse organique.
Le 1-butanol (n-butanol) peut aussi être utilisé comme agent d’extraction d’huile, de médicaments (tels que des antibiotiques, des hormones et des vitamines) et d’épices, ainsi que comme additif pour peintures alkydes.
Le 1-butanol (n-butanol) peut être utilisé comme solvant pour les colorants organiques et les encres d’imprimerie, et comme agent de déparaffinage. Le 1-butanol (n-butanol) est utilisé dans la production d'acétate de butyle, d'éther butylique de glycol et de plastifiants tels que le phtalate de dibutyle ; comme solvant dans l'industrie des revêtements ; comme solvant pour l'extraction d'huiles, de médicaments et de produits cosmétiques pour les ongles ; et comme ingrédient pour les parfums et les arômes.
Le 1-butanol (n-butanol) est présent dans l'huile de fusel et comme sous-produit de la fermentation des boissons alcoolisées telles que la bière ou le vin.
Le 1-butanol (n-butanol) est présent dans la graisse de bœuf, le bouillon de poulet et la fumée de cigarette non filtrée.

Utilisation industrielle
Représentant 85 % de son utilisation, le 1-butanol (n-butanol) est principalement utilisé dans la production de vernis.
Le 1-butanol (n-butanol) est un solvant courant, par exemple pour la nitrocellulose.
Divers dérivés du butanol sont utilisés comme solvants, par exemple… Butoxyéthanol ou acétate de butyle. De nombreux plastifiants sont à base d'esters butyliques, par exemple le phtalate de dibutyle.
Le monomère acrylate de butyle est utilisé pour produire des polymères.
Le 1-butanol (n-butanol) est le précurseur des n-butylamines.

Biocarburant
Le 1-butanol (n-butanol) a été proposé comme substitut au gazole et à l'essence.
Il est produit en petites quantités dans presque toutes les fermentations (voir huile de fusel).
Clostridium produit des rendements de butanol bien supérieurs. Des recherches sont en cours pour augmenter le rendement de biobutanol à partir de biomasse.
Le butanol est considéré comme un biocarburant potentiel (carburant butanolique).
Le butanol à 85 % peut être utilisé dans les voitures conçues pour l'essence sans aucune modification du moteur (contrairement à l'éthanol à 85 %), et il fournit plus d'énergie pour un volume donné que l'éthanol, presque autant que l'essence. Par conséquent, un véhicule utilisant du butanol aurait une consommation de carburant plus comparable à celle de l'essence qu'à celle de l'éthanol.

Le butanol peut également être ajouté au gazole pour réduire les émissions de suie.
La production, ou dans certains cas l'utilisation, des substances suivantes peut entraîner une exposition au 1-butanol (n-butanol) : cuir artificiel, esters butyliques, colle à caoutchouc, colorants, essences de fruits, laques, films cinématographiques et photographiques, imperméables, parfums, plastiques pyroxylinés, rayonne, verre de sécurité, vernis gomme-laque et tissus imperméabilisés.

Méthode de production
Il existe plusieurs méthodes de préparation.

Fermentation
Autrefois, la production de butanol utilisait également des pommes de terre, des céréales ou du sucre comme matières premières, par hydrolyse-fermentation. Le produit issu du bouillon de fermentation contient entre 54,8 % et 58,5 % de butanol, entre 30,9 % et 33,7 % d'acétone et entre 7,8 % et 14,2 % d'éthanol.
Avec le développement de l'industrie pétrochimique, la fermentation a été progressivement abandonnée.
L'équation de la réaction est la suivante : (C₆H₁₀O₅)ₙ [n(H₂O)] → [souche] n-C₆H₁₂O₆ [fermentation] → CH₃COCH₃ + C₄H₉OH + C₂H₅OH
Le bouillon de fermentation obtenu a ensuite été fractionné pour obtenir séparément l'acétone, l'éthanol et le n-butanol.

Méthode de l'acétaldéhyde :
À partir d'acétaldéhyde, on ajoute une solution alcaline diluée pour obtenir du 2-hydroxybutyraldéhyde à une température inférieure à 20 °C. La réaction est arrêtée lorsqu'elle atteint 50 %. Utiliser une base pour neutraliser l'acide et recycler l'acétaldéhyde n'ayant pas réagi, puis extraire le 2-hydroxybutyraldéhyde.
Ensuite, utiliser un catalyseur acide tel que l'acide sulfurique ou l'acide acétique pour la déshydratation afin d'obtenir le crotonaldéhyde à 105-137 °C. Puis, utiliser un catalyseur complexe de cuivre pour l'hydrogénation à 160-240 °C afin d'obtenir le butyraldéhyde brut et le 1-butanol (n-butanol). La distillation permet d'obtenir les produits.

CH₃CH=CHCHO + H₂ [catalyseur] → CH₃CH₂CH₂CHO + CH₃CH₂CH₂CH₂OH

Sa méthode de synthèse comprend plusieurs étapes :

Fermentation et synthèse du propylène carbonyle
On introduit du propylène, du monoxyde de carbone et de l'hydrogène dans un lit catalytique. Le catalyseur est une zéolite qui absorbe un sel de cobalt ou un acide gras de cobalt. La température de réaction est de 130 à 160 °C et la pression de 20 à 25 MPa.
La réaction produit du n-butyraldéhyde et de l'isobutyraldéhyde. Ces derniers sont séparés par distillation, puis le n-butyraldéhyde est hydrogéné par catalyse pour obtenir du 1-butanol (n-butanol).

CH₃CH₂CH₂CHO + H₂ → CH₃CH₂CH₂CH₂OH

On peut également utiliser une méthode à basse pression, en commençant par le propylène, le monoxyde de carbone et l'eau, pour synthétiser le butanol. La température de réaction est de 100 à 104 °C et la pression de 1,5 MPa. Le 1-butanol (n-butanol) est obtenu à partir d'un mélange de pentacarbonyle de fer, de n-butylpyrrolidine et d'eau.
Cependant, le rendement de conversion du propylène est faible, de l'ordre de 8 à 10 %. Équation de la réaction : CH₃CH=CH₂ + 3CO + 2H₂O → n-C₄H₉OH + 2CO₂

Méthodes de production
La principale source commerciale de 1-butanol (n-butanol) est le n-butyraldéhyde, obtenu par oxo-oxydation du propylène, suivie d'une hydrogénation en présence d'un catalyseur.
Le 1-butanol (n-butanol) est également produit à partir d'éthanol par déshydrogénation successive en acétaldéhyde, suivie d'une réaction aldolique.
La plus ancienne voie de production industrielle de 1-butanol (n-butanol), encore largement utilisée dans de nombreux pays en développement, repose sur la fermentation de mélasse ou de produits à base de maïs par Clostridium acetobutylicum.