环戊烷
[CAS 287-92-3]

基本信息

• 产品分类: 有机原料 >> 烃类化合物及其衍生物 >> 环烃
• 产品名称: 环戊烷
• 英文名: Cyclopentane
• 分子式: C₅H₁₀
• 分子量: 70.13
• CAS 登录号: 287-92-3
• EC 号码: 206-016-6
• 分子行输入简码SMILES: C1CCCC1

物理化学性质

• 密度: 0.8±0.1 g/cm³ 计算值^*, 0.751 g/mL (实验值)
• 熔点: -94 °C (实验值)
• 沸点: 49.2 °C 760 mmHg (计算值)^*, 50 °C (实验值)
• 闪点: -37.2 °C (计算值)^*, -37.2 °C (实验值)
• 溶解度: 不溶 H2O中 (实验值)
• 折射率: 1.433 (计算值)^*, 1.405 (实验值)

^* 使用计算机软件 Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software.

安全数据

• 危险品标志: GHS02 危险GHS02
• 危害标签: H225-H412
• 防护标签: P210-P233-P240-P241-P242-P243-P273-P280-P303+P361+P353-P370+P378-P403+P235-P501

危害分类

危害	分类	类别码	危害标签
易燃液体	Flam. Liq.	2	H225
对水生环境长期有害	Aquatic Chronic	3	H412
吸入危险	Asp. Tox.	1	H304
特定目标器官毒性—单次接触	STOT SE	3	H336
皮肤刺激	Skin Irrit.	2	H315
眼刺激	Eye Irrit.	2	H319
特定目标器官毒性—单次接触	STOT SE	3	H335

• 危险品运输编号: UN 1146

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把海水变成固体，听起来似乎与淡化方向相反。然而，在水合物分离研究中，生成合适的固体可以帮助水与溶解盐分离。环戊烷（CAS 287-92-3）作为这一过程中的客体分子受到关注。这里的小分子烃既不充当燃料，也不通过共价反应生成新分子，而是帮助水组织成笼状结构。

环戊烷的分子式为 C₅H₁₀，五个碳原子连接成饱和环。仅凭分子式不能将它与某些烯烃区分，但连接方式可以：其碳碳键均为单键。它也不同于戊烷，后者是开链饱和烃，比它多两个氢原子。形成环会改变氢原子数，并不需要出现碳碳双键。

常见的五边形画法同样经过简化。五元碳环可以发生折曲，以减轻相邻键之间不利的重叠相互作用。这些构象变化不改变化学连接关系。平面图与运动分子之间的差异提醒我们，结构式更直接地表达键的连接，而不是完整的三维行为。

在笼形水合物中，水分子以氢键组成主体框架，框架空腔可容纳客体分子，环戊烷便能充当这种客体。所得材料并不是表面简单附着环戊烷的普通冰，客体也没有通过共价键接入水框架。形成过程依赖适当的温度、压力与组成，不是两种液体一接触就必然发生。

淡化构想来自溶解盐的分配方式。水合物形成时，水优先进入固体框架，大部分盐留在剩余液体中。如果将固体分离后再使其分解，就有可能回收水。2017 年的一项研究将环戊烷水合物形成、过滤和洗涤结合起来考察海水淡化。需要洗涤，恰好揭示了一个实际难点：收集的晶体之间或表面可能残留盐水。

解释实验时，这一区别很重要。框架本身大体排斥盐，并不意味着实际收集的固体不夹带浓盐水。结晶、液体夹带、分离和后处理都会影响回收水。因此，测定最终水的盐含量，与证明曾经形成水合物晶体，回答的是不同问题。

2023 年发表的后续研究考察了环戊烷水合物淡化的理论最大产水率及温度优化。这种研究思路不仅关注除盐，也关注能回收多少水，以及需要什么条件。即使某一过程能够得到少量低盐水，仍需评价产能、能耗和其他物流的处理，才能判断整体实用性。

环戊烷回收也是这一整体问题的一部分。水合物分解时会同时释放客体与水，因此工艺方案需要考虑两者的分离和循环利用。低盐也不能单独证明水已符合饮用要求，残留有机物及其他水质要求仍需分别评价。所以，这类研究应描述为分离研究，而非已经完成饮用水技术的证明。

这一化学过程的吸引力，在于分子识别与过程工程之间的联系。小小的环状分子能够影响水框架，但要实现有用的淡化，仍需控制形成、收集与回收的完整循环。

参考文献：
1. NIST Chemistry WebBook. Cyclopentane, CAS 287-92-3. https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C287923&Mask=4
2. Investigation of salt removal using cyclopentane hydrate formation and washing treatment for seawater desalination. Desalination (2017). https://doi.org/10.1016/j.desal.2016.11.016
3. Investigation of theoretical maximum water yield and efficiency-optimized temperature for cyclopentane hydrate-based desalination. Water Research (2023). https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120707

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