3-羟基羧酸酯合成新技术
陈静  夏春谷
    我国可降解塑料开发较早，但完全生物降解塑料研发严重滞后，多数处于实验室阶段，且成本高、产品单一，
原料单体来源受限、合成技术落后，严重制约了我国生物降解材料的发展。
一、现有技术存在的问题
　　脂肪酸聚酯是近年来发展较快的新型可生物降解高分子材料。聚3-羟基羧酸酯（PHA类）作为脂肪酸聚酯的典
型代表，不仅具有与通用塑料聚丙烯相似的物理特性，如：纺丝、压膜、注塑等，而且还具有完全生物可降解性、
生物相容性、压电性、光学活性等特殊性质。聚3-羟基丁酸酯（PHB）是已进入应用阶段的少数脂肪酸聚酯产品之
一，目前主要采用微生物发酵法生产。其成本中40%用于PHB产品的分离与精制，比例远高于化学合成法，而且生
产周期长、产量低、萃取和精制工艺成本高等问题造成产品价格昂贵。同时，由于生物质及转化方式的特殊性，产
生的羟基羧酸酯聚合单元结构固定而单一，无法实现大规模生产和应用。
　　化学合成聚合单体生产成本低，工程化技术容易实现，是更为经济的生产方式。利用该方法不仅可以在分子水
平上进行分子结构设计，合成不同化学性质的单元分子，而且可以进行程序设计，将不同聚合单体进行有序链接，
合成多种性质的聚合物，丰富生物降解材料的品种、扩大应用领域。但现有PHB聚酯单体3-羟基丁酸酯的化学合
成步骤较多，存在使用多种有毒化学原料、反应条件严格、产物收率低、副反应多、产品分离困难、易造成二次污
染等缺陷。
二、优点及应用领域
　　由于羰基合成中许多反应属于“原子经济”型反应（即无副产物和“三废”排放），既充分利用资源，又具有
环境友好性，因此，一些传统的催化氧化过程正逐步被羰基合成技术所替代，羰基合成技术成为催化技术开发中最
为活跃的前沿领域之一。同时，采用羰基合成技术已经研发出一些新的、特定的化学品，开发出许多新的应用领域，
形成新型产业链。以来源方便的大宗石油化工产品环氧丙烷为原料，在高效催化剂作用下，通过先进的羰基合成反
应一步合成3-羟基丁酸酯单体，经催化分离得到3-羟基丁酸酯产品，为实现PHB规模化生产提供了一条绿色的清
洁工艺路线。
　　3-羟基羧酸酯不仅是PHA类聚酯的单体，也是重要的有机合成中间体，广泛用于有机精细化学品、医药、农药
中间体合成等领域。
　　中国科学院兰州化学物理研究所率先在国内开展了环氧化合物的羰基化反应合成3-羟基羧酸酯的研究工作，
开发了相关高效催化剂体系，获得了国家授权发明专利；在国内首先开发了环氧化合物温和条件下一步合成3-羟
基羧酸酯新工艺，实现了原子经济型反应，环氧化合物转化率和3-羟基羧酸甲酯选择性均大于90%，开辟了经济、
环境友好、低成本的合成技术路线，解决了目前3-羟基羧酸酯合成路线长、步骤多、部分原料具有毒性、反应条
件严格、收率低、副反应多、产物分离困难、污染严重等问题，为工业放大奠定了基础。
三、发展建议
　　目前羰基合成3-羟基羧酸甲酯的模式技术已经完成，建议积极开展以下几方面的研发工作：
　　（1）加快3-羟基丁酸甲酯的中试技术开发，形成羰基合成3-羟基羧酸酯系列产品技术，建立规模化的工业生
产装置，促进我国新产品开发和技术应用。
　　（2）尽快开展以3-羟基羧酸酯为单体的聚合技术研发及应用研究，包括共聚、共混、改性、加工、成型等技
术，以3-羟基丁酸甲酯为切入点，扩大PHA类聚酯材料的应用领域。
　　（3）积极开展以3-羟基羧酸酯为原料，合成精细化学品的新工艺研究，改变相关中间体难于得到、成本高、
应用难的现状，带动我国精细化学品市场的发展。
　　羰基合成3-羟基羧酸酯工艺路线是拥有自主知识产权的新技术和新产品，集材料、基础化工原料和精细化工
原料为一体，可辐射多个行业，相关企业可根据自身的发展方向，采取不同方式，积极参与相关技术的产业化开发
工作，发挥企业作为技术创新主体的作用，培养和建立新的技术经济增长点，为实现行业的可持续发展做出贡献。