富马酸单甲酯（Methyl Fumarate, MF）的化学名称为反式-丁烯二酸单甲酯，分子式为C5H6O4，分子结构中同时含有碳-碳双键、羧基和酯基三种官能团，这三类官能团的协同作用决定了其独特的化学反应活性，在有机合成、医药、材料等领域具有广泛应用。

一、分子结构与官能团特性

富马酸单甲酯的分子结构为反式构型，碳-碳双键（C=C）两端分别连接羧基（-COOH）和酯基（-COOCH3），这种结构特点赋予其以下官能团特性：

碳-碳双键：反式构型的双键空间位阻适中，电子云密度较高，易发生亲电加成、自由基加成、环加成等反应；且反式结构比顺式（马来酸单甲酯）更稳定，反应选择性更强。

羧基：具有酸性（pKa约 3.0），可发生酸碱中和、成盐、酯化、酰胺化等反应；羧基中的羟基（-OH）具有亲核性，能参与缩合反应。

酯基：属于稳定的羧酸衍生物，在酸性或碱性条件下可发生水解反应；酯基的羰基（C=O）具有亲电性，可发生亲核加成-消除反应。

三类官能团相互影响，例如羧基的吸电子效应会降低碳-碳双键的电子云密度，使其亲电加成反应活性略有下降，但提升了反应的区域选择性；酯基则增强了分子的脂溶性，拓宽了反应溶剂的适用范围。

二、核心化学反应活性与机理

1. 碳-碳双键主导的加成反应

碳-碳双键是富马酸单甲酯活泼的反应位点，可发生多种加成反应，反应机理因进攻试剂类型而异。

（1） 亲电加成反应

反应试剂：卤素（Br2、Cl2）、卤化氢（HCl、HBr）、硫酸等亲电试剂。

反应机理：遵循马氏规则（区域选择性），亲电试剂的正电部分优先进攻双键电子云密度较高的碳。以与溴的加成为例：

第一步：Br2受双键电子云极化，形成溴鎓离子中间体（三元环状正离子）；

第二步：溴负离子（Br-）从反式方向进攻溴鎓离子的两个碳，生成反式-1,2-二溴丁二酸单甲酯，产物为非对映异构体。

特点：反式加成产物为主，立体选择性强；羧基的吸电子效应会使反应速率略低于普通烯烃，但产物纯度更高。

（2）自由基加成反应

反应试剂：氢溴酸（过氧化物存在下）、含硫醇（R-SH）的自由基体系等。

反应机理：过氧化物（如H2O2、ROOR）分解产生自由基，引发链式反应，遵循反马氏规则。以HBr的自由基加成为例：

引发阶段：ROOR ->[光/热] 2RO·，RO· +HBr->ROH+Br·；

增长阶段：Br·进攻双键，生成更稳定的碳自由基中间体（与酯基相连的碳自由基因共轭效应更稳定），随后与 HBr反应生成产物；

终止阶段：自由基相互结合，反应停止。

应用：与巯基化合物的加成反应可用于制备硫醚类衍生物，这类产物在医药领域具有抗炎、抗氧化活性。

（3）环加成反应

典型反应：与共轭二烯烃的Diels-Alder 反应（[4+2]环加成）。

反应机理：协同反应机理，双键断裂与新键形成同步进行，无中间体生成。富马酸单甲酯作为亲双烯体，与1,3-丁二烯等共轭二烯烃反应，生成六元环状化合物。

特点：立体选择性极强，产物为顺式构型的环己烯衍生物；羧基和酯基的吸电子效应可提升其亲双烯体活性，反应条件温和（室温至加热即可）。

2. 羧基主导的化学反应

富马酸单甲酯的羧基具有典型羧酸的反应活性，可发生以下反应：

（1）酸碱中和与成盐反应

反应机理：羧基中的质子（H+）与碱发生中和，生成富马酸单甲酯盐。

特性：生成的钠盐水溶性显著提升，可用于制备水溶性药物制剂；与钙、锌等金属离子反应可生成相应的金属盐，部分金属盐具有抑菌活性。

（2）酯化与酰胺化反应

酯化反应：与甲醇等醇类在酸催化下反应，生成富马酸二甲酯（一种广谱防腐剂）。反应机理为酸催化下的亲核加成-消除，羧基中的羟基被甲氧基取代。

酰胺化反应：与胺类（如NH3、RNH2）在缩合剂（如DCC、EDC）作用下反应，生成酰胺衍生物。反应机理为缩合剂活化羧基，生成活性酯中间体，再与胺的孤对电子发生亲核进攻，最终消除小分子产物。

应用：酰胺化产物常作为药物中间体，用于合成具有生物活性的化合物。

3. 酯基主导的水解反应

富马酸单甲酯的酯基在酸性或碱性条件下可发生水解，两种条件下的反应机理和产物不同：

（1）酸性水解

反应条件：稀盐酸、稀硫酸加热回流。

反应机理：酸催化下的亲核加成-消除反应，水分子作为亲核试剂进攻酯基的羰基碳，最终生成富马酸和甲醇。反应可逆，通过蒸馏移除甲醇可推动反应完全。

（2）碱性水解（皂化反应）

反应条件：氢氧化钠水溶液加热。

反应机理：不可逆反应，氢氧根离子（OH-）作为强亲核试剂进攻羰基碳，生成富马酸单甲酯钠盐和甲醇；若碱过量且加热时间延长，会进一步水解生成富马酸钠和甲醇。

特点：反应速率快于酸性水解，产物纯度高，是工业制备富马酸盐的常用方法。

4. 官能团协同参与的聚合反应

富马酸单甲酯可作为单体参与聚合反应，碳-碳双键发生加成聚合，羧基和酯基则作为侧基调控聚合物性能：

自由基聚合：在引发剂（如 AIBN）作用下，双键打开发生加成聚合，生成聚丙烯酸酯类聚合物。侧基中的羧基可提升聚合物的亲水性和黏附性，酯基则增强聚合物的柔韧性。

共聚反应：与苯乙烯、丙烯酸酯等单体共聚，制备功能化共聚物，这类材料可用于涂料、胶粘剂、生物医用材料等领域。

三、化学反应活性的影响因素与应用注意事项

溶剂效应：极性溶剂（如乙醇、二甲基甲酰胺）可提升亲电加成、酯化反应的速率；非极性溶剂（如甲苯、环己烷）更适合自由基加成和Diels-Alder反应。

温度与催化剂：加成反应通常在室温下进行，水解和聚合反应需加热；酸催化可加速酯化和酯水解，碱催化则利于皂化反应和中和反应。

立体构型影响：反式构型的富马酸单甲酯比顺式的马来酸单甲酯更稳定，反应选择性更高，不易发生异构化；但在强酸性或高温条件下，可能发生顺反异构化。

富马酸单甲酯的化学反应活性源于其分子内的碳-碳双键、羧基和酯基三大官能团，三类官能团既独立发生特征反应，又相互协同调控反应的速率与选择性。其亲电加成、环加成、酯化、水解等反应机理明确，产物具有高度的区域和立体选择性，这为其在有机合成、医药中间体制备、功能材料合成等领域的应用提供了核心化学基础。

本文来源：西安浩天生物工程有限公司官网http://www.htswgc.com/