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甲酸甲酯
來源:互聯網

甲酸甲(甲基 formate)別名蟻酸甲酯,是一種酯類有機化合物。甲酸甲酯是無色具有乙醚氣味的液體,分子式為HCOOCH3,相對分子量60.05,熔點99.8℃,沸點31.5℃,相對密度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,可以發生許多化學反應。

甲酸甲酯是基礎的化工產品,用途廣泛。主要用作生產有機合成產品的原料 (如制備甲酸、甲酰胺、二甲基甲胺等)或溶劑(如生產醋酸纖維素、硝化纖維素等)。甲酸甲酯為極易燃液體和蒸氣,吞咽有害,吸入有害,造成嚴重眼刺激,可能引起呼吸道刺激。

理化性質

物理性質

甲酸甲酯是無色具有乙醚氣味的液體,熔點99.8℃,沸點31.5℃,相對密度0.95-0.98,閃點-19℃(閉杯),折射率1.3431,溶于水、甲醇、乙醇和乙醚。

化學性質

甲酸甲酯易水解、易燃,自燃溫度456.1℃,它與空氣混合可形成爆炸性混合物,爆炸極限為5.9%-28.7%(體積分數)。甲酸甲酯分子中含有甲基、甲氧基羰基酯基,可以發生許多化學反應,主要化學反應如下。

水解反應:甲酸甲酯水解可生產甲酸和甲醇。

氨解反應:甲酸甲酯在常溫常壓下氨解生成甲酰胺;和二甲胺在50℃、0.5MPa條件下氨解產生二甲基甲酰胺(DMF)。

裂解反應:甲酸甲酯在特殊情況下可裂解產生高純一氧化碳,用于精細合成工業。

異構化反應:甲酸甲酯與食用醋酸互為異構體,在180℃,CO壓力為0.1MPa的條件下,用Ni/CH3I做催化劑,可將甲酸甲酯異構化為醋酸。

其他反應:

四氫呋喃溶劑中,甲酸甲酯與甲醇鈉反應生成碳酸二甲酯。此外,甲酸甲酯參與的反應還有很多,例如甲酸甲酯在酸催化作用下,與多聚甲醛反應生成乙醇酸甲酯,乙醇酸甲酯氫解生成乙二醇。在甲酸甲酯異構化生成食用醋酸的反應中,選用 Ir、Rh、Co、Pd、Ni 為主化劑,CH3I為助催化劑,可以使生成的醋酸繼續與甲酸甲酯反應,生成醋酸甲酯,副產甲酸。甲酸甲酯與乙烯加成反應,可生成丙酸甲酯等。

應用領域

甲酸甲酯是基礎的一碳化工產品,用途廣泛。目前主要用作生產有機合成產品的原料 (如制備甲酸、甲酰胺、二甲基甲酰胺等)或溶劑(如生產醋酸纖維素硝化纖維素等)。此外,甲酸甲酯還用作殺蟲劑,谷類作物的殺菌劑、熏蒸劑和煙草處理劑等。以下列舉幾個甲酸甲酯工業化應用領域。

水解制甲酸

該方法先用甲醇羰基化法生產甲酸甲酯,提純后的甲酸甲酯在酸性催化劑的作用下水解得到甲醇跟甲酸,經分離精制后可得到較高濃度的甲酸。

異構化生產乙酸

甲酸甲酯與食用醋酸互為同分異構體,由甲酸甲酯生產醋酸在工業上是個非常有意義的應用。在180℃,CO氣壓為0.1kPa條件下,用Ni/MeI(2,6-二甲基吡啶+PhCOCH3)催化制造乙酸,轉化率100%。此法優點為不需要選擇特殊材料制作的反應器,催化劑具有理想的收率和很好的乙酸選擇性。

氨化生產酰胺類產品

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)等化工產品。甲酸甲酯氨化生產甲酰胺反應可在常溫下進行,為放熱反應,低溫下不可逆,副產物為甲醇。由甲酸甲酯生產DMF工藝簡單,不需要催化劑催化即可反應,歐美均使用該方法。

合成各種酯類

乙酸甲酯:在異構化生產乙酸的反應中,用Pd、Ni等作為主催化劑,用MeI為助催化劑,可以讓產生的乙酸繼續與甲酸甲酯反應產生乙酸甲酯,副產甲酸。其反應方程式如下:

碳酸二甲酯:在氧存在下,以四氫呋喃溶劑,甲酸甲酯可與甲醇鈉反應生產碳酸二甲酯,方程式如下:

丙酸甲酯:甲酸甲酯與乙烯反應可生成丙酸甲酯,方程式如下:

丙烯酸甲酯:甲酸甲酯與乙炔加成可得丙烯酸甲酯,方程式如下:

合成方法

甲酸甲酯的生產方法主要有甲酸酯化法、甲醇羰基化法和甲醇脫氫法,此外還有甲醛二聚法和合成氣直接法。

甲酸酯化法

甲酸酯化法是通過甲醇與甲酸直接酯的方法來生產甲酸甲酯,反應過程是使甲酸與甲醇在一定條件下進行酯化,再經冷卻,蒸餾后用無水碳酸鈉過濾得到成品。反應式如下:

由甲酸酯化反應合成甲酸甲酯的方法,因為工藝落后,甲酸消耗量大,設備腐蝕嚴重,生產成本高等缺點,逐步被其他方法替代。

甲醇羰基化法

甲醇與一氧化碳在催化劑甲醇鈉(溶解于甲醇)的作用下,于80℃,4.0MPa的條件下反應可制得甲酸甲酯。該工藝要求在碘化鈉條件下進行,否則會生成甲酸鈉,造成污染和管道堵塞。此外,水和二氧化碳還會造成催化劑失活,因此要嚴格控制原料中的水和二氧化碳含量。

反應式:

甲醇脫氫法

甲醇脫氫法是甲醇在常壓、溫度為 150℃~300℃、催化劑存在下進行。甲醇脫氫反應是吸熱反應催化劑有銅-鋅-鋯、銅-鋅-鋯-鋁、銅-四氟化硅云母系等。甲醇脫氫法反應方程式如下:

合成氣一步法

合成氣一步法是用合成氣在催化劑作用下,一步生成甲酸甲酯的方法,其反應式如下:

該反應是一個原子經濟性反應,其反應物全部轉化為產物,避免了資源浪費和污染物質的產生,是理想的制備方法。這一方法的關鍵技術是催化劑的制備,目前采用的催化劑主要是在甲醇鈉中加入第二組分,第二組分包括配位化合物均相催化劑、Ni系催化劑和銅基催化劑等。

甲醛二聚法

甲醛在催化劑存在下二聚制造甲酸甲酯的反應式如下。

該反應可用催化劑RhCl(PPh3)2,也可用銅-鋅催化劑、銅-二氧化硅或者錫-鎢催化劑。

檢測標準及方法

根據中華人民共和國國家標準《GB/T 33105-2016 工業用甲酸甲酯》規定,優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%。

外觀檢測采用目測法,操作方法為在比色管中加入樣品,在自然光或日光燈下檢測。甲酸甲酯和甲醇含量的檢測使用氣相色譜法檢測,氣相色譜儀需要有氫火焰離子化(FID)檢測器檢測,以甲醇為參比物測定各組分的相對校正因子,減去水分后,用校正面積歸一化法定量,計算各組分的含量。水分含量的測定采用卡爾費休法。

安全事項

火災危險

甲酸甲酯極易燃,其蒸氣與空氣混合,能形成爆炸性混合物。甲酸甲酯遇明火、高熱或與氧化劑接觸,有引起燃燒爆炸的危險。在火場中,受熱的容器有爆炸危險。其蒸氣比空氣重,能在較低處擴散到相當遠的地方,遇明火會引著回燃,燃燒生成有害的一氧化碳

對人體危害

甲酸甲酯接觸毒性較小,吞咽有害,吸入有害,造成嚴重眼刺激,可能引起呼吸道刺激。輕度中毒癥狀表現為眼、急性上呼吸道感染刺激癥狀。重度中毒會出現肺水腫、呼吸困難、頭昏、乏力、嗜睡、步態蹣跚等麻醉癥狀,并可進入昏迷,也可能會出現視覺障礙、眼球震顫

安全防護

使用甲酸甲酯時要遠離熱源、火花、明火、熱表面。作業場所內禁止吸煙。保持容器密閉,容器和接收設備接地連接。作業現場使用防爆電器、通風、照明設備。只能使用不產生火花的工具。采取防止靜電措施?,F場操作人員必須戴防護手套、防護眼鏡、防護面罩。避免接觸眼睛、皮膚,操作后徹底清洗。作業場所不得進食、飲水或吸煙。避免吸入蒸氣、霧。僅在室外或通風良好處操作。

存貯與運輸

甲酸甲酯要儲存于陰涼、通風的庫房,遠離火種、熱源,庫溫不宜超過29℃。容器必須保持密封。甲酸甲酯應與氧化劑、堿類分開存放,切忌混儲。庫房內采用防爆型照明、通風設施,禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。

運輸甲酸甲酯時,運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。夏季最好早晚運輸。運輸時所用的槽 (罐)車應有接地鏈,槽內可設孔隔板以減少震蕩產生的靜電。嚴禁與氧化劑、堿類、食用化學品等混裝混運。運輸途中應防曝曬、雨淋、防高溫。中途停留時應遠離火種、熱源、高溫區。裝運該物品的車輛排氣管必須配備阻火裝置,禁止使用易產生火花的機械設備和工具裝卸。公路運輸時要按規定路線行駛,勿在居民區和人口稠密區停留。鐵路運輸時要禁止溜放。嚴禁用木船、水泥船散裝運輸。

應急措施

消防措施

甲酸甲酯火災時,使用抗溶性泡沫、二氧化碳、干粉、砂土滅火,用水滅火無效。消防人員須佩戴防毒面具、穿全身消防服,在上風向滅火。盡可能將容器從火場移至空曠處。噴水保持火場容器冷卻,直至滅火結束。容器突然發出異常聲音或出現異?,F象,應立即撤離。

泄漏應急處置

一旦發生甲酸甲酯泄露,應立即消除所有點火源。根據液體流動和蒸氣擴散的影響區域劃定警戒區,無關人員從側風、上風向撤離至安全區。建議應急處理人員戴正壓自給式呼吸器,穿防靜電服,戴橡膠耐油手套,作業時使用的所有設備應接地。禁止接觸或跨越泄漏物,盡可能切斷泄漏源。

小量泄漏:用砂土或其他不燃材料吸收,使用潔凈的無火花工具收集吸收材料。大量泄漏:構筑圍堤或挖坑收容。用抗溶性泡沫覆蓋,減少蒸發。噴水霧能減少蒸發,但不能降低泄漏物在有限空間內的易燃性。用防爆泵轉移至槽車或專用收集器內。

中毒處置措施

如吸入:將患者轉移到空氣新鮮處,休息,保持利于呼吸的體位,如感覺不適,呼叫中毒控制中心或就醫。

如皮膚(或頭發)接觸:立即脫掉所有被污染的衣服,用水沖洗皮膚,淋浴。

如接觸眼睛:用水細心沖洗數分鐘。如戴隱形眼鏡并可方便地取出,取出隱形眼鏡。繼續沖洗。如果眼睛刺激持續,應及時就醫。

食入:漱口,如果感覺不適,用一定濃度的碳酸氫鈉溶液洗胃,并及時就醫。

參考資料 >

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

甲酸甲酯.國際化學品安全卡.2023-12-14

標準號:GB/T 33105-2016.國家標準全文公開系統.2023-12-16

標準號:GB/T 6283-2008 采.國家標準全文公開系統.2023-12-16

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