甲酸甲酯 :酯类有机化合物

更新时间:2024-09-20 11:27

甲酸甲(甲基 formate)别名蚁酸甲酯,是一种酯类有机化合物。甲酸甲酯是无色具有乙醚气味的液体,分子式为HCOOCH3,相对分子量60.05,熔点99.8℃,沸点31.5℃,相对密度0.95-0.98,溶于水、甲醇乙醇和乙醚。甲酸甲酯分子中含有甲基、甲氧基羰基酯基,可以发生许多化学反应。

甲酸甲酯是基础的化工产品,用途广泛。主要用作生产有机合成产品的原料 (如制备甲酸甲酰胺、二甲基甲胺等)或溶剂(如生产醋酸纤维素硝化纤维素等)。甲酸甲酯为极易燃液体和蒸气,吞咽有害,吸入有害,造成严重眼刺激,可能引起呼吸道刺激。

理化性质

物理性质

甲酸甲酯是无色具有乙醚气味的液体,熔点99.8℃,沸点31.5℃,相对密度0.95-0.98,闪点-19℃(闭杯),折射率1.3431,溶于水、甲醇乙醇和乙醚。

化学性质

甲酸甲酯易水解、易燃,自燃温度456.1℃,它与空气混合可形成爆炸性混合物,爆炸极限为5.9%-28.7%(体积分数)。甲酸甲酯分子中含有甲基甲氧基羰基酯基,可以发生许多化学反应,主要化学反应如下。

水解反应:甲酸甲酯水解可生产甲酸和甲醇。

氨解反应:甲酸甲酯在常温常压下氨解生成甲酰胺;和二甲胺在50℃、0.5MPa条件下氨解产生二甲基甲酰胺(DMF)。

裂解反应:甲酸甲酯在特殊情况下可裂解产生高纯一氧化碳,用于精细合成工业。

异构化反应:甲酸甲酯与食用醋酸互为异构体,在180℃,CO压力为0.1MPa的条件下,用Ni/CH3I做催化剂,可将甲酸甲酯异构化为醋酸。

其他反应:

四氢呋喃溶剂中,甲酸甲酯与甲醇钠反应生成碳酸二甲酯。此外,甲酸甲酯参与的反应还有很多,例如甲酸甲酯在酸催化作用下,与多聚甲醛反应生成乙醇酸甲酯,乙醇酸甲酯氢解生成乙二醇。在甲酸甲酯异构化生成食用醋酸的反应中,选用 Ir、Rh、Co、Pd、Ni 为主化剂,CH3I为助催化剂,可以使生成的醋酸继续与甲酸甲酯反应,生成醋酸甲酯,副产甲酸。甲酸甲酯与乙烯加成反应,可生成丙酸甲酯等。

应用领域

甲酸甲酯是基础的一碳化工产品,用途广泛。目前主要用作生产有机合成产品的原料 (如制备甲酸、甲酰胺、二甲基甲酰胺等)或溶剂(如生产醋酸纤维素硝化纤维素等)。此外,甲酸甲酯还用作杀虫剂,谷类作物的杀菌剂、熏蒸剂和烟草处理剂等。以下列举几个甲酸甲酯工业化应用领域。

水解制甲酸

该方法先用甲醇羰基化法生产甲酸甲酯,提纯后的甲酸甲酯在酸性催化剂的作用下水解得到甲醇跟甲酸,经分离精制后可得到较高浓度的甲酸。

异构化生产乙酸

甲酸甲酯与食用醋酸互为同分异构体,由甲酸甲酯生产醋酸在工业上是个非常有意义的应用。在180℃,CO气压为0.1kPa条件下,用Ni/MeI(2,6-二甲基吡啶+PhCOCH3)催化制造乙酸,转化率100%。此法优点为不需要选择特殊材料制作的反应器,催化剂具有理想的收率和很好的乙酸选择性。

氨化生产酰胺类产品

甲酸甲酯可生成甲酰胺N-甲基甲酰胺、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)等化工产品。甲酸甲酯氨化生产甲酰胺反应可在常温下进行,为放热反应,低温下不可逆,副产物为甲醇。由甲酸甲酯生产DMF工艺简单,不需要催化剂催化即可反应,欧美均使用该方法。

合成各种酯类

乙酸甲酯:在异构化生产乙酸的反应中,用Pd、Ni等作为主催化剂,用MeI为助催化剂,可以让产生的乙酸继续与甲酸甲酯反应产生乙酸甲酯,副产甲酸。其反应方程式如下:

碳酸二甲酯:在氧存在下,以四氢呋喃溶剂,甲酸甲酯可与甲醇钠反应生产碳酸二甲酯,方程式如下:

丙酸甲酯:甲酸甲酯与乙烯反应可生成丙酸甲酯,方程式如下:

丙烯酸甲酯:甲酸甲酯与乙炔加成可得丙烯酸甲酯,方程式如下:

合成方法

甲酸甲酯的生产方法主要有甲酸酯化法、甲醇羰基化法和甲醇脱氢法,此外还有甲醛二聚法和合成气直接法。

甲酸酯化法

甲酸酯化法是通过甲醇与甲酸直接酯的方法来生产甲酸甲酯,反应过程是使甲酸与甲醇在一定条件下进行酯化,再经冷却,蒸馏后用无水碳酸钠过滤得到成品。反应式如下:

由甲酸酯化反应合成甲酸甲酯的方法,因为工艺落后,甲酸消耗量大,设备腐蚀严重,生产成本高等缺点,逐步被其他方法替代。

甲醇羰基化法

甲醇与一氧化碳在催化剂甲醇钠(溶解于甲醇)的作用下,于80℃,4.0MPa的条件下反应可制得甲酸甲酯。该工艺要求在碘化钠条件下进行,否则会生成甲酸钠,造成污染和管道堵塞。此外,水和二氧化碳还会造成催化剂失活,因此要严格控制原料中的水和二氧化碳含量。

反应式:

甲醇脱氢法

甲醇脱氢法是甲醇在常压、温度为 150℃~300℃、催化剂存在下进行。甲醇脱氢反应是吸热反应催化剂有铜-锌-锆、铜-锌-锆-铝、铜-四氟化硅云母系等。甲醇脱氢法反应方程式如下:

合成气一步法

合成气一步法是用合成气在催化剂作用下,一步生成甲酸甲酯的方法,其反应式如下:

该反应是一个原子经济性反应,其反应物全部转化为产物,避免了资源浪费和污染物质的产生,是理想的制备方法。这一方法的关键技术是催化剂的制备,目前采用的催化剂主要是在甲醇钠中加入第二组分,第二组分包括配位化合物均相催化剂、Ni系催化剂和铜基催化剂等。

甲醛二聚法

甲醛在催化剂存在下二聚制造甲酸甲酯的反应式如下。

该反应可用催化剂RhCl(PPh3)2,也可用铜-锌催化剂、铜-二氧化硅或者锡-钨催化剂。

检测标准及方法

根据中华人民共和国国家标准《GB/T 33105-2016 工业用甲酸甲酯》规定,优等品甲酸甲酯含量不低于96%,甲醇含量不高于4%,色度不高于10,水分不高于0.01%;合格品甲酸甲酯含量不低于94%,甲醇含量不高于6%,色度不高于10,水分不高于0.02%。

外观检测采用目测法,操作方法为在比色管中加入样品,在自然光或日光灯下检测。甲酸甲酯和甲醇含量的检测使用气相色谱法检测,气相色谱仪需要有氢火焰离子化(FID)检测器检测,以甲醇为参比物测定各组分的相对校正因子,减去水分后,用校正面积归一化法定量,计算各组分的含量。水分含量的测定采用卡尔费休法。

安全事项

火灾危险

甲酸甲酯极易燃,其蒸气与空气混合,能形成爆炸性混合物。甲酸甲酯遇明火、高热或与氧化剂接触,有引起燃烧爆炸的危险。在火场中,受热的容器有爆炸危险。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇明火会引着回燃,燃烧生成有害的一氧化碳

对人体危害

甲酸甲酯接触毒性较小,吞咽有害,吸入有害,造成严重眼刺激,可能引起呼吸道刺激。轻度中毒症状表现为眼、急性上呼吸道感染刺激症状。重度中毒会出现肺水肿、呼吸困难、头昏、乏力、嗜睡、步态蹒跚等麻醉症状,并可进入昏迷,也可能会出现视觉障碍、眼球震颤

安全防护

使用甲酸甲酯时要远离热源、火花、明火、热表面。作业场所内禁止吸烟。保持容器密闭,容器和接收设备接地连接。作业现场使用防爆电器、通风、照明设备。只能使用不产生火花的工具。采取防止静电措施。现场操作人员必须戴防护手套、防护眼镜、防护面罩。避免接触眼睛、皮肤,操作后彻底清洗。作业场所不得进食、饮水或吸烟。避免吸入蒸气、雾。仅在室外或通风良好处操作。

存贮与运输

甲酸甲酯要储存于阴凉、通风的库房,远离火种、热源,库温不宜超过29℃。容器必须保持密封。甲酸甲酯应与氧化剂、碱类分开存放,切忌混储。库房内采用防爆型照明、通风设施,禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。

运输甲酸甲酯时,运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。夏季最好早晚运输。运输时所用的槽 (罐)车应有接地链,槽内可设孔隔板以减少震荡产生的静电。严禁与氧化剂、碱类、食用化学品等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋、防高温。中途停留时应远离火种、热源、高温区。装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置,禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。公路运输时要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。严禁用木船水泥船散装运输。

应急措施

消防措施

甲酸甲酯火灾时,使用抗溶性泡沫、二氧化碳、干粉、砂土灭火,用水灭火无效。消防人员须佩戴防毒面具、穿全身消防服,在上风向灭火。尽可能将容器从火场移至空旷处。喷水保持火场容器冷却,直至灭火结束。容器突然发出异常声音或出现异常现象,应立即撤离。

泄漏应急处置

一旦发生甲酸甲酯泄露,应立即消除所有点火源。根据液体流动和蒸气扩散的影响区域划定警戒区,无关人员从侧风、上风向撤离至安全区。建议应急处理人员戴正压自给式呼吸器,穿防静电服,戴橡胶耐油手套,作业时使用的所有设备应接地。禁止接触或跨越泄漏物,尽可能切断泄漏源。

小量泄漏:用砂土或其他不燃材料吸收,使用洁净的无火花工具收集吸收材料。大量泄漏:构筑围堤或挖坑收容。用抗溶性泡沫覆盖,减少蒸发。喷水雾能减少蒸发,但不能降低泄漏物在有限空间内的易燃性。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内。

中毒处置措施

如吸入:将患者转移到空气新鲜处,休息,保持利于呼吸的体位,如感觉不适,呼叫中毒控制中心或就医。

如皮肤(或头发)接触:立即脱掉所有被污染的衣服,用水冲洗皮肤,淋浴。

如接触眼睛:用水细心冲洗数分钟。如戴隐形眼镜并可方便地取出,取出隐形眼镜。继续冲洗。如果眼睛刺激持续,应及时就医。

食入:漱口,如果感觉不适,用一定浓度的碳酸氢钠溶液洗胃,并及时就医。

参考资料

Methyl formate | HCOOCH3 | CID 7865 - PubChem.Pubchem.2023-12-01

甲酸甲酯.国际化学品安全卡.2023-12-14

标准号:GB/T 33105-2016.国家标准全文公开系统.2023-12-16

标准号:GB/T 6283-2008 采.国家标准全文公开系统.2023-12-16

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