3-羟甲基甲酸的应用_凯茵工业添加剂

背景及概述^[1][2]

3-羟甲基甲酸具有广泛的用途，主要用作有机试剂，医药中间体，目前的合成方法国内未见文献报道，国外合成该产品的文献很多，但具有工业化前景的合成方法是采用3-甲酰基甲酸甲酯为原料采用还原的方法。文献常用的还原方法是采用化学还原试剂法如NaBH4还原等；也有采用催化加氢的文献，但使用的催化剂极其特殊且很不常见，成本较高。

用化学还原剂(如NaBH4)还原工艺的不足之处是：1)化学还原剂的加料要慢且分批加，需要用低温控制反应温度，因此生产过程中操作不便且存在安全隐患；2)后处理时要加入大量水淬灭反应，然后用有机溶剂萃取水层，工艺繁锁且废水量大；3)成本较高，化学还原剂价格均较贵，且不能回收循环使用，三废处理成本较大，环境压力大。

3-羟甲基甲酸的合成方法文献报道主要有以下两类:一是以间为原料合成3-羟甲基甲酸，其中主要有硝酸氧化法、碘化钾和氧气氧化法等，该类方法反应均比较剧烈、不易控制、副反应较多、反应产率较低；另一是以间取代物为原料合成3-羟甲基甲酸的方法主要有氯代制3-羟甲基甲酸、间甲基甲醛氧化法等。

此类方法原料价格高，生产成本高，工业化实施难度较大，目前工业生产间甲基甲酸主要采用间空气氧化法，将间与钴盐催化剂加入氧化塔预热，通空气进行回流、氧化，该法具有生产条件苛刻、操作复杂、对设备要求高、反应效果不佳、安全系数低及伴生污染物等缺点。

3-羟甲基甲酸

应用^[3]

3-羟甲基甲酸是重要的有机化工原料，是合成除草剂和昆虫驱逐剂等的重要中间体，也是彩色胶片的良好显彰剂，还可以用于人造合成香料香精。

制备^[2]

在装有机械搅拌的500ml加氢高压反应釜中加入3-甲酰基甲酸甲酯51g，Raney-Ni5g，无水乙醇200g，通氢气使压力达到0.8MPa，封闭加热至50℃(釜内压力高可达1MPa)，加氢至不再吸氢时(约5h)停止反应。过滤回收Raney—Ni，减压回收乙醇，得粗品3-(羟甲基)甲酸甲酯体干重为53g，纯度为96.7％，粗品收率为几乎为100％。粗品可通过减压蒸馏得到白色固体34.3g，纯度为98.2％，含量98％以上产品收率为66.5％。粗品还可以通过用己烷/重结晶得到含量大于98％的合格3-(羟甲基)甲酸甲酯产品。之后通过水解反应得到目标产物3-羟甲基甲酸。

方法二：

移取间1.0mL（≈8mmol）于100mL圆底烧瓶中，依次加入Cu-MOF（0.30g）、乙腈（20mL）、双氧水（30%，2.0mL，密度为1.111g/mL，65mmol），在30℃下反应5h后，停止反应，冷却，过滤，过柱分离，得到1.06g（分离产率约为96%，主要的副产物是对甲基甲酸）3-羟甲基甲酸。

过柱分离步骤如下，（1）用正相硅胶填充硅胶柱，然后将滤液用适量的正相硅胶搅拌并让滤液重复吸附在硅胶上；（2）用石油醚冲洗，收集馏分，蒸馏出溶剂得到间；（2）用1：1的石油醚与甲醇混合溶剂冲洗，收集馏分，蒸馏出溶剂得到3-甲基甲酸；（3）用甲醇冲洗，收集馏分，蒸馏出溶剂得到3-羟甲基甲酸。

方法三：

在反应瓶中依次加入催化剂0.1g、引发剂0.1g和12.0g,油浴升温至115。C,搅拌使其均匀,加人间10.6g,滴加过氧化氢17.0g(冷凝水回流)，滴毕,保温反应1~5h。冰浴淬灭反应,用二氯甲烷(3x5mL)萃取,HPLC检测组分含量,粗品经多级串联精馏纯化得3-羟甲基甲酸10.8g,收率80%,纯度95%;'HNMR(300MHz,DMSO-dp)δ:12.90(s,1H)，7.76(dd,J=6.1Hz,5.1Hz,2H),7.41(dt,J=14.8Hz,7.5Hz,2H)，2.37(s,3H)。

主要参考资料

[1] 阮丽军, 尚新艳, 戈梅, 陈代杰, & 朱宝泉. (2007). 植物内生真菌hccb00189代谢产物研究. 中国新药杂志, 16(1), 52-55.

[2] 陆翠军, 刘建华, & 杜晓华. (2011). 肟菌酯的合成工艺. 农药, 50(3), 187-191.

[3] 阮丽军, 尚新艳, 戈梅, 陈代杰, & 朱宝泉. (2006). 植物内生真菌HCCB00189代谢产物研究. 全国创新药物及新品种研究、开发学术研讨会.