乙醇酸甲酯

【背景及概况】^[1][2][3]

乙醇酸甲酯以其独特的分子结构：同时具有H、羟基和酯基官能团，使得它兼有醇和酯的化学性质，能够发生羰化反应、水解反应、氧化反应等，成为一种重要的化工原料。乙醇酸甲酯可被广泛应用于化工、医药、农药、饲料、香料及染料等许多领域。乙醇酸甲酯易溶于硝纤维素、醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素和聚乙酸乙烯酯中。它本身也是许多纤维素、树脂、橡胶的优良溶剂。乙醇酸甲酯用其它醇进行醇解能得到不同的酯。乙醇酸甲酯不仅在化工、医药、染料等诸多领域有较广泛的应用，更重要的是作为有机合成和药物合成的中间体。乙醇酸甲酯是合成具有抗癌活性的异三尖酯碱及其类似物的重要中间体，同时也是合成一些提高润滑油抗压性和耐磨性的抗载体添加剂的原料。乙醇酸甲酯作为化工中间体有以下用途：加氢还原制乙二醇，水解制乙醇酸，可用于生产聚酯纤维及用作清洗剂。羰化制丙二酸酯；氨解制甘氨酸；氧化脱氢制乙醛酸酯，进而生产乙醛酸，可用于生产香兰素。口服青霉素及尿囊素等，从而形成以乙醇酸甲酯为中心的下游产品分支，具有广阔的应用前景。在应用开发乙醇酸甲酯方面，不仅表现在它本身的应用上，更重要的是它作为中间体可合成其他具有重要作用的有机化合物， 乙醇酸甲酯是合成具有抗癌活性的异三尖酯碱及其类似物的重要中间体；以上所有由中间体乙醇酸甲酯而制得的延续产品都是目前国内外紧缺或较紧缺的化工产品，它们的生产极大地扩展了乙醇酸甲酯的应用研究领域，从而使得乙醇酸甲酯具有更加广泛的应用研究与市场开发前景。

【性质】^[1]

1. 物理性质

乙醇酸甲酯是一种无色，有愉快气味的液体。熔点74℃ ，沸点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. 化学性质

1）羰化反应：乙醇酸甲酯羰化反应生成丙二酸甲酯。丙二酸甲酯70℃ 时在酸性阳离子交换树脂上反应生成丙二酸二甲酯，其单酯转化率为84.6％。

在均相Rh络合物和碘化物助催化剂存在的情况下，乙醇酸甲酯催化羰化生成乙酸基乙酸甲酯和乙醛。此羰基化反应可作为一条无氯路线生产丙二酸单甲酯。

2）氨化反应：乙醇酸甲酯氨化生成DL-甘氨酸 J。这种最简单的氨基酸用途很广泛。反应方程式为：

3）加氢反应：乙醇酸甲酯加氢得到一种重要的有机化工原料乙二醇：

利用此反应生产乙二醇，因酯容易分解。乙二醇的产率难以超过30％。近年来，随着加氢催化剂性能的不断改善，乙二醇的选择性大大提高。

4）水解反应：乙醇酸甲酯水解生成乙醇酸和甲醇。乙醇酸容易自动缩聚生成聚乙醇酸。聚乙醇酸是一种生物可降解物质，也是人体可吸收的医用材料。

5）氧化脱氢：乙醇酸甲酯氧化脱氢生成乙醛酸甲酯。在磷酸铜存在的情况下，后者水解生成乙醛酸。

【合成】^[1][2]

1. 乙二醛和甲醇一步合成：该法由日本三井东亚化学株式会社开发。采用乙二醛或它的缩醛和甲醇为原料，以A1(NO3) ·9H2O为催化剂存，反应温160℃ ，反应30min后可得到乙醇酸甲酯，乙二醛转化率可达98％，乙醇酸甲酯的选择性为97％。反应方程式为：

此方法具有反应条件温和，反应转化率和选择性都较高的优点。但是作为原料的乙二醛有毒性，强烈刺激皮肤、粘膜，且40％乙二醛的价格在8000元傀左右，因此并不利于大规模工业化生产。

2. 甲醛羰化一酯化合成法：在约70.9MPa和高温下，将甲醛水溶液与CO在浓硫酸或三氟化硼等催化剂作用下，先缩合生成乙醇酸。在将乙醇酸用甲醇酯化即得乙醇酸甲酯 。反应方程式为：

或者在碱性催化剂存在下，将甲醇和CO 反应生成透明的甲酸甲酯，然后甲酸甲酯与甲醛在路易斯催化剂或离子交换树脂存在的条件下生成乙醇酸甲酯。

3）甲缩醛和甲酸法：美国德士古公司E.L.Yeakey等人采用甲缩醛和HCOOH为原料，在一种有机过氧化物存在的情况下，并于非酸性条件下制备乙醇酸烷基酯。例如，(CH₃O)₂CH₂、多聚甲醛和(CH₃)₃COOC(CH₃)3在反应器中，于130℃ 时加热2h，然后在150℃ 下再加热lh，反应得到乙醇酸乙酯、乙醇酸甲酯和乙二醇。反应产物均溶于乙二醇中，但反应产物难以分离。

4）偶联法：此法主要采用甲酸甲酯与乙醛/聚甲醛等为原料，采用酸催化法合成乙醇酸甲酯。反应方程式为：

5）氯乙酸法：氯乙酸法是将氯乙酸与苛性钠溶液混合、搅匀。于沸水浴上加热，减压蒸发，滤除氯化钠，在油浴上加热得浆状液体，之后加入甲醇和浓硫酸，回流得乙醇酸甲酯，以碳酸钠中和，放置过夜，减压分馏得产品乙醇酸甲酯。反应方程式为：

6）甲醛与氢氰酸加成法：

在硫酸催化下甲醛与氢氰酸发生加成反应，得到羟基乙腈，然后水解，酯化可得到总产率为80％的乙醇酸甲酯。陈道埙等用37％的工业甲醛与氢氰酸反应得到浓度为40 ～50％ 的羟基乙腈。在60％-98％的硫酸存在下，温度115～130℃ 常压水解反应4～7h，得到的乙醇酸溶液，萃取和反萃取后，减压蒸馏得到45％左右的乙醇酸，收率以羟基乙腈计约为98％。日本用硫酸在70℃催化羟基乙腈水解反应2h，在90℃与甲醇酯化反应2h，乙醇酸甲酯收率约97％。此工艺过程比较复杂，不利于大规模工业化。且反应原料氢氰酸为剧毒，不符合绿色化工的要求。

7）甲缩醛与甲醛自由基加成法：反应式

该反应在酸性气氛和有机过氧化物(CH3)3COOC(CH3)3催化下，甲缩醛与甲醛发生自由基加成反应，其生成物复杂，选择性不高，乙醇酸甲酯收率仅为13％。

8）草酸二甲酯加氢还原：

该反应采用H4Ru(CO)8(PBu3)2、Ru(CO )2(CH3COO)2(PBu3)2、[(Ph3P)(Ph2P)RuH2]2K2，进行草酸二甲酯加氢还原制乙醇酸甲酯。反应温度180"(2，氢气13.2MPa，收率达100％。用[(Ph3P)(Ph2P)RuH2]2K2做催化剂反应条件温和，乙醇酸甲酯收率达到95％。用H4Ru(CO )8(PBu3)2Ru(CO )2(CH3coo)2 (PBu3)2、[(Ph3P)(Ph2P)RuH2]2K2等催化均为有机贵金属催化剂，制备工艺复杂、价格昂贵且难以回收。日本用负载型铜和银催化剂，草酸二甲酯转化率约90.2％，乙醇酸甲酯收率68％，时空收率202.7g/(L·h)。以纳米铜修饰的银为催化剂对草酸二甲酯一步加氢进行了研究，在压力为4.5 MPa，选择性可达89.0％，收率大于68％ 。此法优点是草酸二甲酯一步加氢即可得到乙醇酸甲酯，选择性和收率都很高。这是一条比较理想的工艺路线。

【应用】^[1][2][3]

乙醇酸甲酯的开发在于它的下游产品现在和潜在的市场消费需求。乙二醇、乙醇酸、甘氨酸、丙二酸二甲酯和乙醛酸等产品都是目前国内外紧缺的或较紧缺的化工产品。他们均可以通过乙醇酸甲酯或它的衍生物来生产。乙醇酸甲酯水解可得乙醇酸。乙醇酸主要用作清洗剂，日本1996年乙醇酸消耗量为650t。其中90％用于锅炉清洗，印刷电路基板清洗，金属清洗于表面处理及水处理剂配方方面。尤以锅炉清洗剂用量，约占其消费量的30％。我国采用氯乙酸、氢氧化钠水解法生产少量的乙醇酸。目前国内70％乙醇酸水溶液市场价在2.8万元／t左右。

采用乙醇酸甲酯水解路线生产乙醇酸，有利于环境保护。聚乙醇酸是一种生物可降解材料，也是人体可吸收的高分子医用材料，也应用于化妆品生产中。

1）乙二醇主要用作聚酯纤维的原料，90％的乙二醇用于生产聚酯树脂。采用乙醇酸甲酯加氢法生产乙二醇，其反应条件比杜邦公司甲醛水合羰化法温和很多，可以解决由石油路线得到乙二醇的原料紧张问题，是一条原料易得的C1化学路线。

2）甘氨酸是一种最简单的氨基酸，用途很广。在农药工业中，它主要用于生产除草剂草甘磷和植物生长调节剂增甘磷。在医药工业中，它主要用作药物溶剂、金霉素缓冲剂以及多种药物合成的中间体。在食品和饲料添加剂工业中，它主要用作调味剂、糖精去苦味剂以及禽畜饲料的添加剂。此外，它还可以用作甘氨酸型两性表面活性剂、杀菌剂和消毒剂等。我国大多数厂家采用氯乙酸氨解法生产甘氨酸。

3）丙二酸二甲酯是生产医药和农药最重要的原料之一。以丙二酸二甲酯为原料，可以生产解热镇痛药：宝泰松和羟基宝泰松、生长调节剂苄基腺嘌呤、奎诺酮类抗菌药吡哌酸和吡b酸、维生素B2的原料巴比士酸。丙二酸二甲酯还是生产除草剂禾草灭的主要原料。我国采用丙二酸和甲醇酯化法以及氯乙酸法生产丙二酸二甲酯。采用乙醇酸甲酯羰化产物丙二酸单甲酯生产丙二酸二甲酯，提供了一条无氯路线。

4）乙醛酸是最简单的醛酸。乙醛酸主要用于生产香兰素、口服青霉素和尿囊素。也用于生产降压药甲基多巴、儿茶酚类药物多巴胺、白内停和敌菌剂等。我国采用乙二醛氧化法生产乙醛酸。由于国内乙二醛产量不足，采用乙醇酸甲酯氧化脱氢产物乙醛酸甲酯代替制乙二醛是一条比较合适的路线。

【参考文献】

[1] 王保伟, 田克胜, 许根慧. 乙醇酸甲酯的合成及应用[J]. 天然氣化工, 2005, 30(4): 64-68.

[2] 周佳. 乙醇酸甲酯的生产工艺及其用途分析[J]. 山东工业技术, 2014 (22): 48-48.

[3] 王天赤，辛显双，王宇昕，等．乙醇酸甲酯的合成及应用[J]．化学与粘合，2003，(3)：137—140．