丙二酸二甲酯调研

1.丙二酸二甲酯性质和用途

两二酸二甲酯(dimethyl propanedioate，dimethyl malonate，CAS: 108-59-8)分子式为C5H8O4，相对分子质量132.11。

通常状态下丙二酸二甲酯是无色透明液体，稍有芳香气味；溶于氰仿、苯、醇和醚等多种有机溶剂，微溶于水密度(25.0℃) 1.15427g/cm3[4]，熔点-62°C，沸点(1atm) 180-181℃，折射率(n D17)1.4149，LD50 (rat oral) 5331 mg/kg。

丙二酸二甲酯是一种重要的丙二酸酯类化合物。考察其分子结构可发现，由于受到两个具吸电子性的羰基诱导作用，加之a-C上C-H键与羰基的超共轭作用，a-H呈一定的酸性；同时，a-H解离后可形成稀醇负离子，由于电子离域作用增加了碳负离子的稳定性，这就更增加了a-H的酸性。除此之外，丙二酸二甲酯分子结构中还具有酯基，故丙二酸二甲酯可参与多种类型的化学反应。

丙二酸二甲酯作为一种重要的有机合成原料，可以参与多种类型的化学反应，包括：水解、脱羧、烷基化、酰基化、Michael反应、Knoevenagel 反应、亚硝基化反应等多种反应类型，这也决定了其在有机合成领域的广泛用途。概括地说，丙二酸二甲酯是一种重要的医药中间体，同时也是合成香料、染料、抗氧剂、光稳定剂等诸多精细化学品的重要原料。目前，国外丙二酸二甲酯主要用作非乙氧甲叉工艺生产吡哌酸的原料，与原甲酸酯和尿素反应生产吡哌酸。我国相关企业生产的丙二酸二甲酯除出口外，绝大部分用来生产吡哌酸。

2. 丙二酸二甲酯制备工艺

2.1 氰化法

(I)氰化水解法

该法以氯乙酸为起始原料，经碳酸钠中和后，生成的氯乙酸钠用氰化钠氰化可得氰乙酸钠。氰乙酸钠在碱性条件下水解为丙二酸钠，丙二酸钠与甲醇在硫酸催化下酯化可得丙二酸二甲酯粗品。将粗品洗涤，再经蒸馏即得成品。

(II)氰化酯化法

该法与氰化水解法类似，所不同的是，氯乙酸钠氰化产物氰乙酸钠不经碱性条件下水解步骤而在酸性条件下直接与甲醇进行酯化生成丙二酸二甲酯。丁斌[54]使用自制的催化剂并令醇过量，通过改进酯化反应器，克服了氯乙酸分解致产品收率下降的问题。反应过程中控制水和氯乙酸的物质的量比为2.5，甲醇和氯乙酸的物质的量比为5，在沸腾状态(60-80℃)下反应6h，粗产品经提纯后两二酸二甲酯收率大于80%，产品纯度不低于99%。

邢台职业技术学院程永高：研究了以改进的氰化酯化法制备丙二酸二甲酯，考察了氰化过程中，pH、反应时间和反应温度的影响；酯化过程中，酸化液中水分含量、甲醇和氯乙酸的物质的量比、反应时间等对丙二酸二甲酯收率的影响。试验结果表明，以改进的氰化酯化法制备丙二酸二甲酯，收率达84.4%。产品纯度高达99%。其专利CN103319338A中公开了丙二酸二甲酯的制备方法，将甲醇与氰乙酸在适宜条件下进行酯化反应，所述的酯化催化剂含有8-10%重量百分比氯化铅，65-72%重量百分比三苯基膦，10-15%重量百分比二甲亚砜以及8-12%重量百分比水合肼。该发明将酯化过程与甲醇回收过程相结合，使产品收率提高、消耗降低，产品收率最高达86%以上，产品纯度最高达99%以上。

吉林化工学院化工系丁斌对氰化酯化法合成丙二酸二甲酯的工艺进行了研究。对酯化过程中水含量、醇酸摩尔比、反应时间等因素对丙二酸二甲醋收率的影响进行了研究，确定了较佳的酯化工艺及其操作条件，丙二酸二甲醋的收率在81%以上, 产品纯度在99%以上。

氰化法是有机合成中增长碳链的常用方法，是目前国内丙二酸二甲酯生产主

要应用的路线，技术相对成熟，可实现较为稳定的生产；但其中所用到的CN-是相当危险的物种，氰化钠的剧毒[LD50 (rat oral) 6.4 mg/kg[55]]极易造成严重的环境污染，加之反应过程会产生大量盐，后处理复杂。

2.2 羰基化法

鉴于氰化法存在的缺点，很多研究人员都在着力开发非氰工艺，羰基化法就是一种避免使用氰化物的重要方法。本世纪初，Bauer Frank[56]使用Co2(CO)8将氯乙酸甲酯催化羰基化为丙二酸二甲酯；宋伟红和姜玄珍使用原位合成的Na[Co(CO)4]为催化剂也同样实现了这一过程。

华中科技大学化学与化工学院蒋文杰等采用原位法合成了不同类型的四羰基钴/咪唑离子液体催化剂，并考察了其在氯乙酸甲酯羰基化反应中的催化性能．研究了咪唑环上不同支链对催化活性的影响．结果表明，1-丁基-3-甲基咪唑羰基钴离子液体[Bmim][Co(CO)4]不仅催化活性高，选择性好，而且对空气和水有较好的稳定性能。在P CO = 2.0MPa，85℃，反应3h的条件下，[Bmim][Co(CO)4]催化剂循环使用4次，氯乙酸甲酯的平均转化率为94. 3%，丙二酸二甲酯的平均选择性和平均产率分别为98.5% 和92.9%。与传统的Na[Co(CO)4］催化剂相比，[Bmim][Co(CO)4]催化剂在保证高活性的条件下可以实现羰基钴催化剂的直接循环使用。

3.成本分析

上图为以氰化水解法和羰基化法为例进行简单的成本核算，原料成本相对较低，有较大的利润空间，据上海金锦乐实业有限公司销售人员介绍，该产品价格在1800-22000元不等，每月销售量在50吨左右。据网站公布价格信息，目前，1,3-丙二醇纯度为99.9%日本进口价格19800元，深圳华智化工进口产品报价为29000元，以丙二酸二甲酯为原料生产丙二醇，吨产品丙二酸二甲酯用量约为1.7吨。