96-35-5/乙醇酸甲酯

【背景及概況】^[1][2][3]

乙醇酸甲酯以其獨特的分子結(jié)構(gòu)：同時具有H、羥基和酯基官能團(tuán)，使得它兼有醇和酯的化學(xué)性質(zhì)，能夠發(fā)生羰化反應(yīng)、水解反應(yīng)、氧化反應(yīng)等，成為一種重要的化工原料。乙醇酸甲酯可被廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、飼料、香料及染料等許多領(lǐng)域。乙醇酸甲酯易溶于硝纖維素、醋酸纖維素、醋酸丙酸纖維素和聚乙酸乙烯酯中。它本身也是許多纖維素、樹脂、橡膠的優(yōu)良溶劑。乙醇酸甲酯用其它醇進(jìn)行醇解能得到不同的酯。乙醇酸甲酯不僅在化工、醫(yī)藥、染料等諸多領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用，更重要的是作為有機合成和藥物合成的中間體。乙醇酸甲酯是合成具有抗癌活性的異三尖酯堿及其類似物的重要中間體，同時也是合成一些提高潤滑油抗壓性和耐磨性的抗載體添加劑的原料。乙醇酸甲酯作為化工中間體有以下用途：加氫還原制乙二醇，水解制乙醇酸，可用于生產(chǎn)聚酯纖維及用作清洗劑。羰化制丙二酸酯；氨解制甘氨酸；氧化脫氫制乙醛酸酯，進(jìn)而生產(chǎn)乙醛酸，可用于生產(chǎn)香蘭素?？诜嗝顾丶澳蚰宜氐?，從而形成以乙醇酸甲酯為中心的下游產(chǎn)品分支，具有廣闊的應(yīng)用前景。在應(yīng)用開發(fā)乙醇酸甲酯方面，不僅表現(xiàn)在它本身的應(yīng)用上，更重要的是它作為中間體可合成其他具有重要作用的有機化合物， 乙醇酸甲酯是合成具有抗癌活性的異三尖酯堿及其類似物的重要中間體；以上所有由中間體乙醇酸甲酯而制得的延續(xù)產(chǎn)品都是目前國內(nèi)外緊缺或較緊缺的化工產(chǎn)品，它們的生產(chǎn)極大地擴(kuò)展了乙醇酸甲酯的應(yīng)用研究領(lǐng)域，從而使得乙醇酸甲酯具有更加廣泛的應(yīng)用研究與市場開發(fā)前景。

【性質(zhì)】^[1]

1. 物理性質(zhì)

乙醇酸甲酯是一種無色，有愉快氣味的液體。熔點74℃ ，沸點150Y；。密度D4 =1.168。乙醇酸甲酯溶于水，并能以任何比例溶于醇和醚。

2. 化學(xué)性質(zhì)

1）羰化反應(yīng)：乙醇酸甲酯羰化反應(yīng)生成丙二酸甲酯。丙二酸甲酯70℃ 時在酸性陽離子交換樹脂上反應(yīng)生成丙二酸二甲酯，其單酯轉(zhuǎn)化率為84.6％。

在均相Rh絡(luò)合物和碘化物助催化劑存在的情況下，乙醇酸甲酯催化羰化生成乙酸基乙酸甲酯和乙醛。此羰基化反應(yīng)可作為一條無氯路線生產(chǎn)丙二酸單甲酯。

2）氨化反應(yīng)：乙醇酸甲酯氨化生成DL-甘氨酸 J。這種最簡單的氨基酸用途很廣泛。反應(yīng)方程式為：

3）加氫反應(yīng)：乙醇酸甲酯加氫得到一種重要的有機化工原料乙二醇：

利用此反應(yīng)生產(chǎn)乙二醇，因酯容易分解。乙二醇的產(chǎn)率難以超過30％。近年來，隨著加氫催化劑性能的不斷改善，乙二醇的選擇性大大提高。

4）水解反應(yīng)：乙醇酸甲酯水解生成乙醇酸和甲醇。乙醇酸容易自動縮聚生成聚乙醇酸。聚乙醇酸是一種生物可降解物質(zhì)，也是人體可吸收的醫(yī)用材料。

5）氧化脫氫：乙醇酸甲酯氧化脫氫生成乙醛酸甲酯。在磷酸銅存在的情況下，后者水解生成乙醛酸。

【合成】^[1][2]

1. 乙二醛和甲醇一步合成：該法由日本三井東亞化學(xué)株式會社開發(fā)。采用乙二醛或它的縮醛和甲醇為原料，以A1(NO3) ·9H2O為催化劑存，反應(yīng)溫160℃ ，反應(yīng)30min后可得到乙醇酸甲酯，乙二醛轉(zhuǎn)化率可達(dá)98％，乙醇酸甲酯的選擇性為97％。反應(yīng)方程式為：

此方法具有反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性都較高的優(yōu)點。但是作為原料的乙二醛有毒性，強烈刺激皮膚、粘膜，且40％乙二醛的價格在8000元傀左右，因此并不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

2. 甲醛羰化一酯化合成法：在約70.9MPa和高溫下，將甲醛水溶液與CO在濃硫酸或三氟化硼等催化劑作用下，先縮合生成乙醇酸。在將乙醇酸用甲醇酯化即得乙醇酸甲酯 。反應(yīng)方程式為：

或者在堿性催化劑存在下，將甲醇和CO 反應(yīng)生成透明的甲酸甲酯，然后甲酸甲酯與甲醛在路易斯催化劑或離子交換樹脂存在的條件下生成乙醇酸甲酯。

3）甲縮醛和甲酸法：美國德士古公司E.L.Yeakey等人采用甲縮醛和HCOOH為原料，在一種有機過氧化物存在的情況下，并于非酸性條件下制備乙醇酸烷基酯。例如，(CH₃O)₂CH₂、多聚甲醛和(CH₃)₃COOC(CH₃)3在反應(yīng)器中，于130℃ 時加熱2h，然后在150℃ 下再加熱lh，反應(yīng)得到乙醇酸乙酯、乙醇酸甲酯和乙二醇。反應(yīng)產(chǎn)物均溶于乙二醇中，但反應(yīng)產(chǎn)物難以分離。

4）偶聯(lián)法：此法主要采用甲酸甲酯與乙醛/聚甲醛等為原料，采用酸催化法合成乙醇酸甲酯。反應(yīng)方程式為：

5）氯乙酸法：氯乙酸法是將氯乙酸與苛性鈉溶液混合、攪勻。于沸水浴上加熱，減壓蒸發(fā)，濾除氯化鈉，在油浴上加熱得漿狀液體，之后加入甲醇和濃硫酸，回流得乙醇酸甲酯，以碳酸鈉中和，放置過夜，減壓分餾得產(chǎn)品乙醇酸甲酯。反應(yīng)方程式為：

6）甲醛與氫氰酸加成法：

在硫酸催化下甲醛與氫氰酸發(fā)生加成反應(yīng)，得到羥基乙腈，然后水解，酯化可得到總產(chǎn)率為80％的乙醇酸甲酯。陳道塤等用37％的工業(yè)甲醛與氫氰酸反應(yīng)得到濃度為40 ～50％ 的羥基乙腈。在60％-98％的硫酸存在下，溫度115～130℃ 常壓水解反應(yīng)4～7h，得到的乙醇酸溶液，萃取和反萃取后，減壓蒸餾得到45％左右的乙醇酸，收率以羥基乙腈計約為98％。日本用硫酸在70℃催化羥基乙腈水解反應(yīng)2h，在90℃與甲醇酯化反應(yīng)2h，乙醇酸甲酯收率約97％。此工藝過程比較復(fù)雜，不利于大規(guī)模工業(yè)化。且反應(yīng)原料氫氰酸為劇毒，不符合綠色化工的要求。

7）甲縮醛與甲醛自由基加成法：反應(yīng)式

該反應(yīng)在酸性氣氛和有機過氧化物(CH3)3COOC(CH3)3催化下，甲縮醛與甲醛發(fā)生自由基加成反應(yīng)，其生成物復(fù)雜，選擇性不高，乙醇酸甲酯收率僅為13％。

8）草酸二甲酯加氫還原：

該反應(yīng)采用H4Ru(CO)8(PBu3)2、Ru(CO )2(CH3COO)2(PBu3)2、[(Ph3P)(Ph2P)RuH2]2K2，進(jìn)行草酸二甲酯加氫還原制乙醇酸甲酯。反應(yīng)溫度180"(2，氫氣13.2MPa，收率達(dá)100％。用[(Ph3P)(Ph2P)RuH2]2K2做催化劑反應(yīng)條件溫和，乙醇酸甲酯收率達(dá)到95％。用H4Ru(CO )8(PBu3)2Ru(CO )2(CH3coo)2 (PBu3)2、[(Ph3P)(Ph2P)RuH2]2K2等催化均為有機貴金屬催化劑，制備工藝復(fù)雜、價格昂貴且難以回收。日本用負(fù)載型銅和銀催化劑，草酸二甲酯轉(zhuǎn)化率約90.2％，乙醇酸甲酯收率68％，時空收率202.7g/(L·h)。以納米銅修飾的銀為催化劑對草酸二甲酯一步加氫進(jìn)行了研究，在壓力為4.5 MPa，選擇性可達(dá)89.0％，收率大于68％ 。此法優(yōu)點是草酸二甲酯一步加氫即可得到乙醇酸甲酯，選擇性和收率都很高。這是一條比較理想的工藝路線。

【應(yīng)用】^[1][2][3]

乙醇酸甲酯的開發(fā)在于它的下游產(chǎn)品現(xiàn)在和潛在的市場消費需求。乙二醇、乙醇酸、甘氨酸、丙二酸二甲酯和乙醛酸等產(chǎn)品都是目前國內(nèi)外緊缺的或較緊缺的化工產(chǎn)品。他們均可以通過乙醇酸甲酯或它的衍生物來生產(chǎn)。乙醇酸甲酯水解可得乙醇酸。乙醇酸主要用作清洗劑，日本1996年乙醇酸消耗量為650t。其中90％用于鍋爐清洗，印刷電路基板清洗，金屬清洗于表面處理及水處理劑配方方面。尤以鍋爐清洗劑用量最大，約占其消費量的30％。我國采用氯乙酸、氫氧化鈉水解法生產(chǎn)少量的乙醇酸。目前國內(nèi)70％乙醇酸水溶液市場價在2.8萬元／t左右。

采用乙醇酸甲酯水解路線生產(chǎn)乙醇酸，有利于環(huán)境保護(hù)。聚乙醇酸是一種生物可降解材料，也是人體可吸收的高分子醫(yī)用材料，也應(yīng)用于化妝品生產(chǎn)中。

1）乙二醇主要用作聚酯纖維的原料，90％的乙二醇用于生產(chǎn)聚酯樹脂。采用乙醇酸甲酯加氫法生產(chǎn)乙二醇，其反應(yīng)條件比杜邦公司甲醛水合羰化法溫和很多，可以解決由石油路線得到乙二醇的原料緊張問題，是一條原料易得的C1化學(xué)路線。

2）甘氨酸是一種最簡單的氨基酸，用途很廣。在農(nóng)藥工業(yè)中，它主要用于生產(chǎn)除草劑草甘磷和植物生長調(diào)節(jié)劑增甘磷。在醫(yī)藥工業(yè)中，它主要用作藥物溶劑、金霉素緩沖劑以及多種藥物合成的中間體。在食品和飼料添加劑工業(yè)中，它主要用作調(diào)味劑、糖精去苦味劑以及禽畜飼料的添加劑。此外，它還可以用作甘氨酸型兩性表面活性劑、殺菌劑和消毒劑等。我國大多數(shù)廠家采用氯乙酸氨解法生產(chǎn)甘氨酸。

3）丙二酸二甲酯是生產(chǎn)醫(yī)藥和農(nóng)藥最重要的原料之一。以丙二酸二甲酯為原料，可以生產(chǎn)解熱鎮(zhèn)痛藥：寶泰松和羥基寶泰松、生長調(diào)節(jié)劑芐基腺嘌呤、奎諾酮類抗菌藥吡哌酸和吡b酸、維生素B2的原料巴比士酸。丙二酸二甲酯還是生產(chǎn)除草劑禾草滅的主要原料。我國采用丙二酸和甲醇酯化法以及氯乙酸法生產(chǎn)丙二酸二甲酯。采用乙醇酸甲酯羰化產(chǎn)物丙二酸單甲酯生產(chǎn)丙二酸二甲酯，提供了一條無氯路線。

4）乙醛酸是最簡單的醛酸。乙醛酸主要用于生產(chǎn)香蘭素、口服青霉素和尿囊素。也用于生產(chǎn)降壓藥甲基多巴、兒茶酚類藥物多巴胺、白內(nèi)停和敵菌劑等。我國采用乙二醛氧化法生產(chǎn)乙醛酸。由于國內(nèi)乙二醛產(chǎn)量不足，采用乙醇酸甲酯氧化脫氫產(chǎn)物乙醛酸甲酯代替制乙二醛是一條比較合適的路線。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 王保偉, 田克勝, 許根慧. 乙醇酸甲酯的合成及應(yīng)用[J]. 天然氣化工, 2005, 30(4): 64-68.

[2] 周佳. 乙醇酸甲酯的生產(chǎn)工藝及其用途分析[J]. 山東工業(yè)技術(shù), 2014 (22): 48-48.

[3] 王天赤，辛顯雙，王宇昕，等．乙醇酸甲酯的合成及應(yīng)用[J]．化學(xué)與粘合，2003，(3)：137—140．