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有机合成中间体。在高分子工业中，用以合成聚异氰酸酯、聚氨酯类、聚脲树脂和高聚胶粘剂等。在农药工业中，用以合成西维因、涕灭威、呋喃丹等杀虫剂和杀草丹、燕麦敌等除草剂。在分析化学中用以鉴定醇类和胺类化合物。本品还可用来改进塑料、织物、皮革的防水性。

有机合成中间体，用于合成聚异氰酸酯、聚氨酯、聚脲树脂等聚合物，农药中用于合成西维因、呋喃丹等

异氰酸甲酯是生产一氨基甲酸酯类杀虫剂如仲丁威、克百威、异丙威、灭多威、甲萘威、涕灭威、残杀威、混灭威、速灭威、灭梭威等的非常重要的中间体，还可以用于合成聚氨酯橡胶、胶黏剂以及药物血脉宁等。

异氰酸甲酯的合成方法分光气路线和非光气路线两种。
光气路线为一甲胺与光气以等摩尔进行高温气相反应，生成异氰酸甲酯。反应方程式如：COCl₂+CH₃NH₂→CH₃NCO
一甲胺经蒸发器蒸发气化，与光气按比例配合，分别预热后进入反应器，在高温和压力下生成异氰酸甲酯。整个工艺过程包括异氰酸甲酯的合成和光气回收、异氰酸甲酯的分离和精制、尾气氯化氢和残液的处理。
一甲胺与光气在控制的工艺条件下可制得甲氨基甲酰氯，将其用邻二氯苯淬冷，在130℃脱去氯化氢，得到异氰酸甲酯一邻二氯苯溶液，经蒸馏而得成品。
非光气路线可用硫酸二甲酯与氰酸钾(钠)作用，得到异氰酸甲酯。反应方程式见：(CH₃)₂SO₄+KOCN[CaO]→[CaCl₂]CH₃NCO
该方法适用于小批量生产。将含量为99％的氰酸钾、氧化钙和氯化钙一起磨碎，加入装有邻二氯苯的反应器内，共沸脱除微量水分。温度控制在172～177℃，物料呈沸腾状态，在强烈搅拌下，缓缓加入无水硫酸二甲酯，生成的异氰酸甲酯即被连续蒸出，收集沸点为40～60℃馏分即为成品，收率为89％。以氰酸钠代替氰酸钾时，收率为87％。
非光气路线还可采用碳酸二苯酯与甲胺反应生成甲氨基甲酸苯酯，再裂解得到异氰酸甲酯和苯酚。
该法生产的异氰酸甲酯质量好，收率高，并可回收苯酚。其缺点是成本较高，设备投资大。
杜邦公司提出的非光气路线是在多段隔热反应器中，以空气来氧化N-甲基甲酰胺的方法。N-甲基甲酰胺的转化率为90％，异氰酸甲酯的收率为86％。反应方程式如：2HCONHCH₃+O₂[550～565℃]→2CH₃NCO+2₂O

大量生产时一般采用光气和一甲胺反应。一甲胺经蒸发器蒸发气化，与光气按比例配合，分别预热后进入反应器，在高温和压力下生成异氰酸甲酯。整个工艺过程包括异氰酸甲酯的合成和光气回收、异氰酸甲酯的分离和精制、尾气氯化氢和残液的处理。一甲胺与光气在控制的工艺条件下制得甲氨基甲酰氯，将其用邻二氯苯淬冷，在130℃脱去氯化氢，得到异氰酸甲酯-邻二氯苯溶液，经蒸馏而得成品。小批量生产异氰酸甲酯可采用硫酸二甲酯和氰酸钾为原料。将含量为99%的氰酸钾、氧化钙和氯化钙一起磨碎，加入装有邻二氯苯和反应器内，共沸脱除微量水分。温度控制在172-177℃，物料呈沸腾状态，在强烈搅拌下，缓缓加入无水硫酸二甲酯，生成的异氰酸甲酯即被连续蒸出，收集沸点为40-60℃馏分即为成品，收率为89%。以氰酸钠代替氰酸钾时，收率为87%。也可将硫酸二甲酯滴加到氰酸钠-轻油混合液中，在140-160℃反应。该法得到的异氰酸甲酯收率约45%。