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碳酸二甲酯(dimethyl carbonate,DMC),是一種低毒、環保性能優異、用途廣的化工原料,它是一種重要的有機合成中間體,分子結構中含有羰基、甲基和甲氧基等官能團,具有多種反應性能,在生產中具有使用安全、方便、污染少、容易運輸等特點。由于碳酸二甲酯毒性較小,是一種具有發展前景的“綠色”化工產品。
DMC的優良性質和特殊分子結構決定了DMC的用途,概括如下:
代替光氣作羰基化劑
光氣(Cl-CO-Cl)雖然反應活性較高,但是它的劇毒和高腐蝕性副產物使其面臨巨大的環保壓力,因此將會逐漸被淘汰;而DMC(CH3O-CO-OCH3)具有類似的親核反應中心,當DMC的羰基受到親核攻擊時,酰基-氧鍵斷裂,形成羰基化合物,副產物為甲醇,因此DMC可以代替光氣成為一種安全的反應試劑合成碳酸衍生物,如氨基甲酸酯類農藥、聚碳酸酯、異氫酸酯等,其中聚碳酸酯將是DMC需求量的領域,據預測2005年80%以上的DMC將用于生產聚碳酸酯;
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,同樣生成甲基化產品,而且使用DMC比硫酸二甲酯反應收率更高、工藝更簡單。主要用途包括合成有機中間體、醫藥產品、農藥產品等;
低毒溶劑
DMC具有優良的溶解性能,其熔、沸點范圍窄,表面張力大,粘度低,介質界電常數小,同時具有較高的蒸發溫度和較快的蒸發速度,因此可以作為低毒溶劑用于涂料工業和醫藥行業。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]
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 |
界電常數 |
2.6 |
1.01 |
18.6 |
7.12 |
2.2 |
相對蒸發速度 |
4.6 |
7.2 |
0.83 |
---- |
2.4 |
SP值 |
10.4 |
10.0 |
10.9 |
8.6 |
8.4 |
經口致死量LD50mg/kg |
112900 |
---- |
5800 |
---- |
7530 |
衛生容許濃度/mg·L |
1 |
---- |
0.40 |
0.20 |
200×10-6 |
汽油添加劑
DMC具有高氧含量(分子中氧含量高達53%)、優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,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的有潛力的汽油添加劑之一。在2002年美國化學會會議上,我國天津大學的無污染、低成本生產汽油添加劑DMC的技術成為本次會議受矚目的三大發明之一,這說明了DMC作為汽油添加劑的優勢已經被認同。
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