丙酮腈（Acetone Cyanohydrin，CAS: 631-57-2），化学式为(CH₃)₂C(OH)CN，是一种重要的有机氰化物中间体。它是由丙酮与氢氰酸反应生成的氰醇化合物，具有活泼的氰基（-CN）和羟基（-OH），因此在有机合成中表现出丰富的反应活性。站在化学专业角度，下面将从其结构特征出发，系统阐述丙酮腈与常见化学品的反应类型。这些反应不仅体现了其在工业合成中的价值，也突出了其潜在的安全风险，如易释放剧毒氢氰酸（HCN）。以下内容基于标准有机化学原理和实验数据，旨在为化学从业者提供参考。
1. 与水和酸/碱的反应：水解反应
丙酮腈的氰基在水溶液中易于水解，这是其最基本的反应之一。该过程通常在酸性或碱性条件下进行，生成相应的羰基化合物和氢氰酸。
酸性水解：在稀盐酸（HCl）或硫酸（H₂SO₄）存在下，丙酮腈发生水解。首先，氰基被质子化，形成亚硝基中间体，随后与水反应，最终逆向生成丙酮（CH₃COCH₃）和HCN。反应方程式简化为：
(CH₃)₂C(OH)CN + H₂O + H⁺ → CH₃COCH₃ + HCN + H₂O
该反应在室温下即可进行，但需控制pH以避免HCN大量释放。工业上，此反应常用于丙酮的回收或HCN的控制释放。
碱性水解：在氢氧化钠（NaOH）或氢氧化钠溶液中，丙酮腈的水解更倾向于形成酰胺中间体，最终产物为丙酮和氰化钠（NaCN）。反应需加热至60-80°C，避免碱性条件下HCN的挥发。碱水解的机制涉及氰基的亲核加成，形成四羟基甲烷中间体后分解。
水解反应是丙酮腈不稳定的主要原因，在储存时必须避免水分接触，以防意外中毒。
2. 与醇类的反应：酯化及相关转化
丙酮腈的羟基具有醇的特性，可与酸或酸酐反应形成酯类化合物，这在合成功能材料中应用广泛。
与无机酸的酯化：例如，与盐酸反应生成氯甲基异丙醇氰化物（(CH₃)₂C(Cl)CN），这是一个SN2取代过程。氯代产物进一步可用于合成甲基丙烯酸酯：
(CH₃)₂C(OH)CN + HCl → (CH₃)₂C(Cl)CN + H₂O
该反应在催化剂如ZnCl₂存在下进行，产率可达90%以上。随后，氯代物与碳酸钠（Na₂CO₃）处理，即可消除生成氰基丙烯酸（CH₂=C(CH₃)CN），这是生产丙烯腈类聚合物的关键步骤。
与有机酸的酯化：丙酮腈可与乙酸酐（(CH₃CO)₂O）反应生成乙酸酯（(CH₃)₂C(OCOCH₃)CN）。此反应需在无水条件下于0-20°C进行，避免氰基水解。所得酯类化合物稳定性较高，常作为溶剂或中间体用于制药工业。
这些酯化反应突显了丙酮腈在精细化工中的桥梁作用，但操作时需注意酸性介质可能诱发的HCN释放。
3. 与氨及胺类的反应：成键反应
丙酮腈的氰基是良好的亲电中心，可与亲核试剂如氨（NH₃）或胺类发生加成反应，形成氮杂化合物。
与氨反应：在水溶液中，丙酮腈与液氨反应生成2-氨基-2-甲基丙腈（(CH₃)₂C(NH₂)CN），这是一个亲核加成过程，氨分子攻击氰基碳原子，形成亚胺中间体后质子化。反应方程式：
(CH₃)₂C(OH)CN + NH₃ → (CH₃)₂C(NH₂)CN + H₂O
该产物进一步可脱水生成2-氰基丙烯胺，用于合成氨基酸衍生物。该反应在工业上常用于生产杀虫剂中间体，条件为中性至微碱性，温度控制在40°C。
与伯胺反应：类似地，与甲胺（CH₃NH₂）反应生成N-取代氨基腈。该过程机制涉及氰基的电子吸引效应，促进胺的加成。产率高，但需注意胺类可能催化水解副反应。
这些反应扩展了丙酮腈在氮杂环合成中的应用，如喹啉或吲哚衍生物的构建。
4. 与氧化剂及还原剂的反应：氧化还原转化
丙酮腈可参与氧化还原反应，改变其官能团状态。
氧化反应：与高锰酸钾（KMnO₄）或过氧化氢（H₂O₂）在碱性条件下，羟基可被氧化为酮，同时氰基可能水解。典型产物为丙酮腰酸（CH₃COCH₂CN），但反应控制难度大，常伴随HCN副产物：
(CH₃)₂C(OH)CN + [O] → CH₃COCH₂CN + H₂O
此反应适用于实验室规模的酮腈合成。
还原反应：使用锂铝氢化物（LiAlH₄）或催化氢化（Pd/C, H₂），氰基可被还原为伯胺，形成2-羟基-2-甲基丙胺（(CH₃)₂C(OH)CH₂NH₂）。还原条件温和（0°C，乙醚溶剂），产率约80%。该胺类化合物是制药中间体，如肾上腺素类似物。
氧化还原反应需在通风橱中进行，以防毒性气体逸出。
5. 聚合及加成反应
丙酮腈可作为单体参与聚合，尤其在酸催化下。
自聚合：在硫酸催化下，丙酮腈可发生少量聚合，形成氰基含聚醚，但不稳定，常用于研究聚氰醇酯的模拟。
与烯烃或炔烃的加成：作为Michael供体，丙酮腈的碳阴离子（经碱去质子）可加成到α,β-不饱和羰基化合物上，形成C-C键。例如，与丙烯酸酯（CH₂=CHCOOR）反应：
(CH₃)₂C(OH)CN → [ (CH₃)₂C(O⁻)CN ] + CH₂=CHCOOR → (CH₃)₂C(OH)C(CN)(CH₂CH₂COOR)
此Michael加成是合成支链聚合物的标准方法。
应用与安全注意事项
丙酮腈的这些反应使其成为甲基丙烯酸、丙烯腈和精细化学品的理想中间体，在塑料、农药和药物工业中广泛应用。例如，通过氯化-消除序列，它是生产聚甲基丙烯酸酯的关键原料，年产量达数万吨。
然而，丙酮腈极毒（LD50约3-5 mg/kg），易分解释放HCN（沸点19°C），操作时必须在专业实验室，配备碱性中和剂（如次硫酸钠溶液）和通风设备。储存于低温（<10°C）、干燥环境中，避免光照和金属催化剂。急救措施包括新鲜空气暴露和亚甲蓝注射以解毒。
总之，丙酮腈的反应多样性源于其双官能团结构，但安全操作是首要原则。化学从业者应结合TGA和NMR等表征方法优化反应条件，以实现高效合成。