碳酸二甲酯合成及應(yīng)用工作探究

宋世晶 杜桂強(qiáng)(東營(yíng)市海科新源化工有限責(zé)任公司，山東東營(yíng)257000)

碳酸二甲酯合成及應(yīng)用工作探究

宋世晶 杜桂強(qiáng)(東營(yíng)市海科新源化工有限責(zé)任公司，山東東營(yíng)257000)

碳酸二甲酯是常用的化工原料，在多個(gè)方面都有廣泛應(yīng)用，本文通過(guò)酯交換法、光氣甲醇法、甲醇氧化羥基化法、尿素和甲醇醇解法等常用的合成方法分析，對(duì)碳酸二甲酯制備進(jìn)行了研究，并對(duì)其常見(jiàn)應(yīng)用進(jìn)行了分析。

碳酸二甲酯；合成方法；應(yīng)用情況

碳酸二甲酯屬于環(huán)境友好型化學(xué)品，基本無(wú)毒或微毒，常溫下為無(wú)色透明液體，可與大部分醇、醚、酯等有機(jī)溶劑互溶，在汽油、農(nóng)藥等領(lǐng)域可作為添加劑等，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，有必要對(duì)其制備合成方法和應(yīng)用進(jìn)行分析，加深對(duì)碳酸二甲酯的認(rèn)識(shí)。

1 碳酸二甲酯的合成方法

1.1 酯交換法

該方式是利用環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷與二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯，隨后與甲醇進(jìn)行酯交換得到碳酸二甲酯。該方法獲取率較高，反應(yīng)條件基本無(wú)腐蝕、較為溫和，比較適宜工業(yè)化生產(chǎn)。但該方法屬于可逆反應(yīng)，且趨向于環(huán)狀二醇酯，所以反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較低；同時(shí)，單位容積生產(chǎn)率較低，成本較高。當(dāng)前，我國(guó)企業(yè)大多采用催化反應(yīng)的精餾作用來(lái)完成該工藝，提升單程轉(zhuǎn)化率。該方法應(yīng)用中使用的催化劑多為固體，均相反應(yīng)多是利用氫氧化物、草酸鹽等可溶性堿金屬作為催化劑，非均相反應(yīng)多采用硅酸鹽、分子篩等堿土金屬作為催化劑。在當(dāng)前技術(shù)水平下，該方法多利用環(huán)氧丙烴借助催化劑生成中間產(chǎn)物，隨后將其與二氧化碳反應(yīng)，這一過(guò)程篩選適用萃取劑和優(yōu)選催化劑，可提升轉(zhuǎn)化率。

1.2 光氣甲醇法

該方法是最早的合成方法，具體反應(yīng)公示如下：

該方法也是工業(yè)化生產(chǎn)常用方法，但需要以光氣作為原料，該材料具有較強(qiáng)毒性，反應(yīng)后生成的產(chǎn)物含有大量氯和氯化氫，合成工藝較為復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)自然環(huán)境存在污染，所以對(duì)安全性和污染預(yù)防等方面要求較高。

1.3 甲醇氧化羥基化法

該方法其當(dāng)前我國(guó)比較提倡的一種合成方法，還可進(jìn)一步細(xì)分為液相法和氣相法。液相法應(yīng)用較早，可以以氯化亞銅等作為催化劑，將空氣、氧氣、一氧化碳等氣體注入液態(tài)甲醇，生成Cu（OCH3）Cl，隨后進(jìn)一步合成為碳酸二甲酯和CuCl。具體反應(yīng)公式如下所示：

當(dāng)前，液相法合成碳酸二甲酯技術(shù)應(yīng)用也比較成熟，工藝安全，產(chǎn)出物毒性不大，所以無(wú)需進(jìn)行特殊處理，反應(yīng)使用設(shè)備也相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低。但該技術(shù)應(yīng)用設(shè)備腐蝕性較強(qiáng)，催化劑與生成物分離難度較大，反應(yīng)中催化劑易出現(xiàn)失活，影響反應(yīng)穩(wěn)定性。

氣相法包括甲醇間接氧化羥基化法和甲醇直接氧化羥基化法，前者催化劑為鈀，中間體可使用亞硝酸甲酯，具體反應(yīng)公式如下所示：

該方法成本較低、流程簡(jiǎn)潔，對(duì)設(shè)備腐蝕性不強(qiáng)，單位容器內(nèi)產(chǎn)生的碳酸二甲酯數(shù)量是液相法3倍左右。反應(yīng)副產(chǎn)物是水，可以排放，無(wú)需進(jìn)行特殊處理，但使用的亞硝酸甲酯具有較強(qiáng)毒性，需要注意使用安全，生成的草酸二甲酯對(duì)管道存在堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 尿素和甲醇醇解法

這是近年來(lái)興起的一種合成方法，以尿素和甲醇作為反應(yīng)原材料，成本低、來(lái)源廣，可通過(guò)尿素醇解和催化精餾方式進(jìn)行制備合成，減少碳酸二甲酯在反應(yīng)器內(nèi)的沉積和聚集，基本不產(chǎn)生副產(chǎn)物，所以碳酸二甲酯合成率較高。該方法具體可分為直接法和間接法，反應(yīng)公式如下所示：

該方法制備生成物中沒(méi)有水，降低了甲醇、水和碳酸二甲酯共沸后生成共沸物，便于后期碳酸二甲酯提純。該反應(yīng)過(guò)程屬均相反應(yīng)，催化劑具備可選范圍廣泛、催化劑活性高、使用周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。在反應(yīng)完成后，催化劑可以重復(fù)利用，生成的氨氣作為副產(chǎn)物，可以與尿素聯(lián)產(chǎn)循環(huán)，降低成本，環(huán)保性較強(qiáng)。

2 碳酸二甲酯的應(yīng)用

碳酸二甲酯無(wú)毒微毒特點(diǎn)，使其成為清潔型有機(jī)化學(xué)試劑，可以取代氯甲烷、光氣、氯甲酸甲酯等毒性較大的物質(zhì)或致癌物，同時(shí)，還可以應(yīng)用到醫(yī)藥衛(wèi)生、合成材料、燃料等各個(gè)領(lǐng)域，生成精細(xì)化工產(chǎn)品，特別是含氧量高、相容性好的特點(diǎn)，使其可作為燃油添加劑或低毒型溶劑。

2.1 應(yīng)用到農(nóng)藥領(lǐng)域

我國(guó)農(nóng)藥多采用甲基化試劑，屬于硫酸二甲酯和鹵代甲烷范疇，羥基化試劑屬于光氣，具有較強(qiáng)的毒性和致癌物，大量使用會(huì)污染環(huán)境。因此，通過(guò)將碳酸二甲酯作為原料進(jìn)行磺草靈等農(nóng)藥制備，可以使農(nóng)藥具備較強(qiáng)的殺蟲(chóng)效果和環(huán)境友好性。

2.2 應(yīng)用到聚碳酸酯

聚碳酸酯屬于工程塑料范疇，可進(jìn)一步生成汽車(chē)、包裝、照明、辦公用品和薄膜等多種產(chǎn)品，而聚碳酸酯綠色制備離不開(kāi)碳酸二甲酯。可通過(guò)碳酸二甲酯與苯酚反應(yīng)，再將生成的碳酸二苯酯與丙二酚進(jìn)行熔融狀態(tài)下酯交換，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行脫酚處理，得到聚碳酸酯。

2.3 應(yīng)用到汽油中

當(dāng)前國(guó)際油價(jià)低位運(yùn)行，但汽油仍然是人們重要的生活物資，基于碳酸二甲酯在高辛烷值汽油中較強(qiáng)的抗水性、可溶性以及低蒸汽壓力和混合分配系數(shù)，將其在汽油中少量添加后，因其屬于氧化物，會(huì)增加汽車(chē)排氣中的氧濃度，減少汽油使用造成的污染。

2.4 作為溶劑使用

碳酸二甲酯具備較強(qiáng)相溶性，在高溫下蒸發(fā)速度較快，與溫水相互溶解度較高，便于進(jìn)行水分分離和脫脂，比如在裝修油漆、醫(yī)藥衛(wèi)生產(chǎn)品中可作為溶媒介質(zhì)或噴霧劑溶劑使用。同時(shí)，還可以合成有機(jī)化工原料、潤(rùn)滑油、食品添加劑等物質(zhì)，因其無(wú)毒微毒特性，在溶劑領(lǐng)域應(yīng)用將日益廣泛。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，碳酸二甲酯是一種重要的化學(xué)原料，通過(guò)對(duì)其合成方法和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分析，有利于加深對(duì)這一物質(zhì)的認(rèn)識(shí)，更好地發(fā)揮碳酸二甲酯的作用。

[1] 崔洪友,劉寧,陳久標(biāo).一步酯交換法合成碳酸二甲酯非均相催化劑的研究[J].化學(xué)反應(yīng)工程與工藝,2008(02).

[2] 高志明,蘇俊華,陳秀芝.碳酸二甲酯催化合成反應(yīng)新途徑的研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2006(07).