[科普中国]-丙烯酰胺

丙烯酰胺（CAS号79-06-1）为无色透明片状晶体，无臭，有毒。其相对密度1.122，熔点为84～85℃。溶于水、乙醇，微溶于苯、甲苯。极易升华，易聚合。固体在室温下稳定，在熔融时，可猛烈聚合。由丙烯腈用硫酸或用金属催化剂水解而制得。其聚合物或共聚物用作化学灌浆物料；在印刷工业上制光敏树脂板；石油工业可用作增粘剂；玻璃纤维工业上可用作浸润剂；另外还用作土壤改良剂、絮凝剂、纤维改性剂和涂料等。1

简介理化性质丙烯酰胺（acrylamide，AA），结构简式为CH2=CHCONH2C3H5NO，又称2-丙烯酰胺。从苯中析出者为单斜晶系叶片状无色透明晶体，相对分子质量71.08。相对密度1.122（30℃），熔点84.5℃，沸点为125℃（3.333×103Pa）2134、103℃（0.667×103Pa）、87℃（0.266×103Pa）。

30℃时的溶解度：215.5g/100g水、155g/100g甲醇、63.1g/100g丙酮、12.6g/100g乙酸乙酯、2.66g/100g氯仿、0.346g/100g苯。

含有双键及酰胺基，具有双键的化学通性：在紫外线照射下或在熔点温度时，很容易聚合；另外，双键可以进行加成反应，如米切尔（Michael）型加成；在碱存在下与羟基化合物加成，生成醚；与伯胺加成，可以生成一元加成物或二元加成物，与仲胺加成，只能生成一元加成物，与叔胺加成，生成季铵盐；与活化后的酮加成，加成物可立即环化而生成内酰胺，水解后，产生取代丙酸；也可与亚硫酸钠、硫酸氢钠、盐酸、氢溴酸等无机化合物加成，生成无机盐酰胺；本品也可共聚，如与其他丙烯酸酯、苯乙烯、卤代乙烯等共聚；双键也可用硼氢化物、硼化镍、羰基铑等催化剂还原，生成丙酰胺；用四氧化锇进行催化氧化，可以生成二醇。本品的酰胺基具有脂肪族酰胺的化学通性：与硫酸反应生成盐；在碱性催化剂存在下，水解生成丙烯酸根离子；在酸性催化剂存在下，水解生成丙烯酸；在脱水剂存在下，脱水生成丙烯腈；与甲醛反应，生成N-羟甲基丙烯酰胺。2

安全性本品剧毒，吸入其蒸气或经皮吸收，能引起中毒，产生神经中枢障碍及肝损伤，对皮肤也有腐蚀，对眼睛有刺激性。大鼠、家兔经口LD50150～180mg/kg。工作场所最高允许最高浓度0.3mg/m3。2

1994年国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer，IARC）将AA列为2A类致癌物， 即“人类可能致癌物”。2002年4月，瑞典科学家在油炸马铃薯中首次发现AA的存在。随后英国等一些国家相关机构对AA在食品中的含量进行了测定，并证实瑞典科学家的发现。因 AA的毒性和潜在的致癌作用而迅速在世界范围引起研究热潮。2003年美国食品药物管理局 （Food and Drug Administration，FDA）公布的数据显示，常见食品中AA质量浓度约在0～2510μg/kg之间，尤其在一些含高碳水化合物食物（如马铃薯、饼干、咖啡等）经高温（>120℃）处理，如烹饪、煎炸、烘烤，AA含量最高可达2300μg/kg，远超过世界卫生组织规定的日常饮用水中AA的限值0.5μg/L，因此，环境和食物中的AA暴露严重影响着人类的健康。5

主要用途本品为丙烯酰胺系中最重要及最简单的一种，用途十分广泛，用作有机合成的原料及高分子材料的原料。其聚合物可溶于水，因而被用来生产水处理时的絮凝剂，尤其对水中的蛋白质、淀粉的絮凝有良好的效果。除有絮凝性外，还有增稠性、耐剪切性、降阻性、分散性等优良性能。2

用作土壤改良剂时，可增加土壤的水渗透性和保湿性；用作纸张填料辅剂，可增加纸张强度，以代替淀粉、水溶性氨树脂；用作化学灌浆剂，用于土木工程的隧道开掘、油井钻探、矿井和水坝等工程的堵漏；用作纤维改性剂，可改善合成纤维的物性；用作防腐剂，可用于地下构件的防腐；还可用于食品工业的添加剂、颜料的分散剂、印染糊剂。与酚醛树脂溶液配合，可制成玻璃纤维的粘合剂，与橡胶一起可制成压敏性粘合胶等。与乙酸乙烯、苯乙烯、氯乙烯、 丙烯腈等单体聚合，可制备许多合成材料。本品还可用作医药、农药、染料、涂料的原料。2

代谢吸收与膳食暴露AA是一个具有亲电基团的有机小分子，水溶性极强，可通过皮肤、黏膜、呼吸道、胃肠道等进入体内。 食物中的AA通过肠道完整的吸收，而环境中暴露的AA约25%被皮肤吸收。 吸收后的AA通过血液循环系统广泛分布于体内各个组织，并在此过程中对肌体造成损害。5

代谢与吸收吸收的AA除少部分（0.02mg·L-1，附近空气中检测到的丙烯酰胺平均水平>0. 2μg·m-3，以蒸气或微粒形式存在。聚丙烯酰胺或其他聚合物产品中残留的丙烯酰胺单体会在使用过程中释放入环境。在利用聚丙烯酰胺处理饮用水的地区，河水和自来水中可以检测到丙烯酰胺。另外，吸烟的过程中也会产生丙烯酰胺；许多食物高温烹制过程中也会产生丙烯酰胺，尤其是油炸、烘烤类高淀粉食物，其形成机制为高温下氨基酸（ 主要是天冬酰胺）和羰基化合物（ 主要是还原糖如葡萄糖） 的美拉德反应（ Maillard reaction） 。7

丙烯酰胺饮用水安全阈值在0.01～1μg·L-1，职业平均暴露限值为0.03mg·m-2skin，最大暴露限值为0.2～0.3mg·m-2skin。各国卫生部门对聚丙烯酰胺工业产品中丙烯酰胺残留量限值一般规定在0.5%～0.05%，用于工业和城市污水的净化处理时，一般允许丙烯酰胺残留量在0.2%以下，用于直接饮用水处理时，丙烯酰胺残留量需在0.05%以下。7

美国国家职业安全与健康委员会（NIOSH）认为丙烯酰胺是潜在致癌物，建议对其控制应为技术可以达到的最低浓度。国外环境中检测到的浓度相对偏高，尤其是生产或使用丙烯酰胺及相关产品的行业工业废水中丙烯酰胺浓度。中国环境内丙烯酰胺污染也不容忽视，而我国目前缺乏对丙烯酰胺的常规监测数据，也没有相关行业丙烯酰胺污水排放标准。7

暴露途径人类和动物丙烯酰胺暴露途径主要包括皮肤接触、摄食或呼吸。皮肤接触途径主要针对职业接触丙烯酰胺的人群，其中包括丙烯酰胺生产、工业加工（ 塑料、涂料、纺织、造纸等） 中暴露的工人及实验中接触丙烯酰胺（进行SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳） 的科研人员。另外，化妆品、包装材料和涂料中也会有残余的丙烯酰胺，人类在日常使用过程中会直接皮肤接触暴露。含丙烯酰胺的工业废水排入水体后，水生生物会经过直接接触或摄食暴露。人体摄食暴露主要源于饮用水和食物摄入。聚丙烯酰胺作为絮凝剂用于饮用水净化和市政工业废水处理，也作为胶结剂用于饮用水水库或水井建造，其中含有的丙烯酰胺单体可能会释放进入水体导致饮用水污染。7

许多高温烹制的食物中也含有丙烯酰胺，瑞典国家粮食管理局和斯德哥尔摩大学的科学家首次公布油炸、高温烘烤的淀粉类食品中丙烯酰胺的含量比世界卫生组织（WHO）规定的饮水中丙烯酰胺含量（1μg·L-1）高500倍以上。通过工业烟尘进入大气的丙烯酰胺可经呼吸作用和皮肤接触作用进入人体。人类吸烟产生的烟雾中含有丙烯酰胺会经呼吸作用进入体内，对于无职业暴露人群吸烟烟雾是丙烯酰胺暴露的一个重要非食物来源。普通人群的丙烯酰胺日摄取量估计为0.3～0.8 μg·kg-1体重。7

环境介质中的迁移行为依据丙烯酰胺的结构采用结构预测方法估计其不易被土壤吸附，在土壤中具有高度迁移性，易从土壤中浸出污染地下水，沙壤土中迁移性高于粘土。7

相应地，进入水体的丙烯酰胺不易被吸附于悬浮颗粒物或沉积物。丙烯酰胺的亨利常数很低，其从水体表面和潮湿土壤挥发的可能性较小。鉴于其低蒸气压，丙烯酰胺也很难从干燥土壤中挥发。丙烯酰胺会以蒸气态或颗粒态进入大气，但气态丙烯酰胺进入大气后易被吸附于颗粒物上，只有极少的丙烯酰胺会以气态形式存在于空气中。空气中颗粒态的丙烯酰胺可通过沉降过程或雨水冲刷进入土壤和水环境，而土壤中的丙烯酰胺又易于渗滤入水环境，因此绝大部分进入环境的丙烯酰胺最终将进入水体。7

环境降解转化行为生物降解是丙烯酰胺土壤降解的主要途径，主要机制之一是酶催化水解。土壤有氧条件下，丙烯酰胺经微生物作用可水解产生铵离子，铵离子经硝化作用被氧化为亚硝酸根离子和硝酸根离子。有氧土壤中，丙烯酰胺经14天可被降解74%～94%；而浸水的缺氧土壤中丙烯酰胺经14天可被降解64%～89%，可见有氧条件更有利于丙烯酰胺生物降解。依据土壤不同类型及理化性质，估计土壤中丙烯酰胺半衰期在21～36h。7

水体消除丙烯酰胺的主要途径也是生物降解，水中可以分离出多种利用丙烯酰胺作为唯一碳源或氮源的微生物，如节杆菌、诺卡氏菌、球形芽孢杆菌、假单胞杆菌和红球菌。高的微生物活性尤其是表面微生物活性可以促进丙烯酰胺降解。7

大气中气态的丙烯酰胺通过与光化学作用产生的羟基自由基（·OH）反应降解，羟基自由基浓度为5×105个·OH每立方厘米时该反应的半衰期为1.4天，还可与臭氧反应，臭氧浓度为7×1011个O3每立方厘米时，半衰期为6.5天 。丙烯酰胺对直接光解作用并不敏感，因为其不吸收波长>290nm的太阳光。7

由于丙烯酰胺在水中具有高可溶性且半衰期较短，具有生物富集性的可能性较小。有学者对幼鳟72h静态实验研究表明，其身体和内脏对丙烯酰胺的生物浓缩因子（BCF）分别为0.86和1.12，整体BCF为1，丙烯酰胺没有明显的生物富集性。7

本词条内容贡献者为:

包申旭 - 教授 - 武汉理工大学