碳酸二甲酯(DMC)是一種重要的有機化工中間體,由于其分子結(jié)構(gòu)中含有羰基、甲基、甲氧基和羰基甲氧基,因而可廣泛用于羰基化、甲基化、甲氧基化和羰基甲基化等有機合成反應(yīng),用于生產(chǎn)聚碳酸酯、異氰酸酯、聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯二醇、烯丙基二甘醇碳酸酯、甲胺基甲酸萘酯(西維因)、苯甲醚、四甲基醇銨、長鏈烷基碳酸酯、碳酰肼、丙二酸酯、丙二尿烷、碳酸二乙酯、三光氣、呋喃唑酮、肼基甲酸甲酯、苯胺基甲酸甲酯等多種化工產(chǎn)品。由于DMC無毒,可替代劇毒的光氣、氯甲酸甲酯、硫酸二甲酯等作為甲基化劑或羰基化劑使用,提高生產(chǎn)操作的安全性,降低環(huán)境污染。作為溶劑,DMC可替代氟里昂、三氯乙烷、三氯乙烯、苯、二甲苯等用于油漆涂料、清潔溶劑等。作為汽油添加劑,DMC可提高其辛烷值和含氧量,進而提高其抗爆性。此外,DMC還可作清潔劑、表面活性劑和柔軟劑的添加劑。由于用途非常廣泛,DMC被譽為當(dāng)今有機合成的“新基石”。
性質(zhì)用途DMC的優(yōu)良性質(zhì)和特殊分子結(jié)構(gòu)決定了DMC廣泛的用途,概括如下:
代替光氣作羰基化劑
光氣(Cl-CO-Cl)雖然反應(yīng)活性較高,但是它的劇毒和高腐蝕性副產(chǎn)物使其面臨巨大的環(huán)保壓力,因此將會逐漸被淘汰;而DMC(CH3O-CO-OCH3)具有類似的親核反應(yīng)中心,當(dāng)DMC的羰基受到親核攻擊時,?;?氧鍵斷裂,形成羰基化合物,副產(chǎn)物為甲醇,因此DMC可以代替光氣成為一種安全的反應(yīng)試劑合成碳酸衍生物,如氨基甲酸酯類農(nóng)藥、聚碳酸酯、異氫酸酯等,其中聚碳酸酯將是DMC需求量最大的領(lǐng)域,據(jù)預(yù)測2005年80%以上的DMC將用于生產(chǎn)聚碳酸酯;
代替硫酸二甲酯作甲基化劑
由于與光氣類似的原因,硫酸二甲酯(CH3O-SO-OCH3)也面臨被淘汰的壓力,而DMC的甲基碳受到親核攻擊時,其烷基-氧鍵斷裂,同樣生成甲基化產(chǎn)品,而且使用DMC比硫酸二甲酯反應(yīng)收率更高、工藝更簡單。主要用途包括合成有機中間體、醫(yī)藥產(chǎn)品、農(nóng)藥產(chǎn)品等;
低毒溶劑
DMC具有優(yōu)良的溶解性能,其熔、沸點范圍窄,表面張力大,粘度低,介質(zhì)界電常數(shù)小,同時具有較高的蒸發(fā)溫度和較快的蒸發(fā)速度,因此可以作為低毒溶劑用于涂料工業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)。從表1可以看出,DMC不僅毒性小,還具有閃點高、蒸汽壓低和空氣中爆炸下限高等特點,因此是集清潔性和安全性于一身的綠色溶劑。
DMC與其他溶劑的性能比較
表1 DMC與其他溶劑的性能比較[4~5]..33
性能 | DMC | 丙酮 | 異丁醇 | 三氯乙烷 | 甲苯 |
分子量 | 90.08 | 58.08 | 60.09 | 133.41 | 92.1 |
熔點/℃ | 2-4 | -94.2 | -88.5 | -32.6 | -94.97 |
沸點/℃ | 90 | 56.1 | 82.3 | 74.1 | 110.6 |
閃點(閉口)/℃ | 17 | -18 | 11.7 | ---- | 4.4 |
蒸汽壓(20℃)/kPa | 5.60 | 24.66 | 4.27 | 13.33 | 2.93 |
爆炸極限(%) | 3.8~21.3 | 2.15~13 | 2.7~13.0 | ---- | 1.27~7.0 |
粘度/×10-3 Pa·s | 0.625 | 0.316 | 2.41 | 0.79 | 0.579 |
表面張力/×10-5 N·cm | -1 28.5 | ---- | 20.8 | 25.6 | 27.92 |
蒸汽熱/J·g | -1 369.06 | 523.0 | 676.58 | 249.82 | 363.69 |
介電常數(shù) | 2.6 | 1.01 | 18.6 | 7.12 | 2.2 |
相對蒸發(fā)速度 | 4.6 | 7.2 | 0.83 | ---- | 2.4 |
SP值 | 10.4 | 10.0 | 10.9 | 8.6 | 8.4 |
經(jīng)口致死量LD50mg/kg | 112900 | ---- | 5800 | ---- | 7530 |
衛(wèi)生容許濃度/mg·L | 1 | ---- | 0.40 | 0.20 | 200×10-6 |
DMC具有高氧含量(分子中氧含量高達53%)、優(yōu)良的提高辛烷值作用((R+M)/2=105)、無相分離、低毒和快速生物降解性等性質(zhì),使汽油達到同等氧含量時使用的DMC的量比甲基叔丁基醚(MTBE)少4.5倍,從而降低了汽車尾氣中碳氫化合物、一氧化碳和甲醛的排放總量,此外還克服了常用汽油添加劑易溶于水、污染地下水源的缺點,因此DMC將成為替代MTBE的最有潛力的汽油添加劑之一。在2002年美國化學(xué)會會議上,我國天津大學(xué)的無污染、低成本生產(chǎn)汽油添加劑DMC的技術(shù)成為本次會議最受矚目的三大發(fā)明之一,這說明了DMC作為汽油添加劑的優(yōu)勢已經(jīng)被廣泛認同。
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