Kaprolaktaami

Kaprolaktaami (heksahydro-2H-atsepin-2-oni) - e-aminokapronihapon syklinen amidi ( laktaami ) , värittömiä kiteitä; Τ paali = 262,5 °C, Τ pl = 68-69 °C.

Ominaisuudet

Valkoisia kiteitä, liukenee hyvin veteen , alkoholiin , eetteriin , bentseeniin . Kaprolaktaami on e-aminokapronihapon syklinen amidi. Teollisuudessa kaprolaktaamin valmistuksessa bentseeni on raaka-aine. Kuumennettaessa pienten vesimäärien, alkoholin, amiinien, orgaanisten happojen ja joidenkin muiden yhdisteiden läsnäollessa kaprolaktaami polymeroituu muodostaen polyamidihartsin, josta saadaan kapronikuitua .

Happojen ja emästen vesiliuokset aiheuttavat kaprolaktaamin hydrolyysin ε-aminokapronihapoksi .

Tammikuussa 2019 kaprolaktaami on ainoa Syöpätutkimusviraston ei-syöpää aiheuttava aine [2] .

Haetaan

Kaprolaktaamin synteesiin on olemassa useita teollisia menetelmiä, jotka kaikki sisältävät teknologisen ketjun loppuvaiheessa Beckmannin sykloheksanonioksiimin uudelleenjärjestelyn kaprolaktaamiksi oleumin tai väkevän rikkihapon vaikutuksesta 60–120 °C:ssa:

Tämän vaiheen sivutuote on ammoniumsulfaatti , jota käytetään mineraalilannoitteena .

Sykloheksanonioksiimin synteesiin on puolestaan ​​olemassa useita menetelmiä, joissa fenolia, bentseeniä tai tolueenia voidaan käyttää raaka-aineena, mikä määrää tuotannon teknologiset kaaviot.

Fenoliprosessi

Historiallisesti ensimmäinen kaprolaktaamin tuotantoprosessi oli prosessi, jossa käytettiin fenolia raaka-aineena . Tämän prosessin ensimmäisessä vaiheessa fenoli hydrataan sykloheksanoliksi Pd / Al 2 O 3- tai Ni-Cr / Al 2 O 3 -katalyytin päällä 120-140 °C:ssa ja 1-1,5 MPa:n tai 130-150 °C:n paineessa. C ja 1,5-2,5 MPa:

Sykloheksanoli dehydrataan sitten sykloheksanoniksi (1), josta saadaan sitten sykloheksanonioksiimi (2) reaktiolla ylimäärän kanssa hydroksyyliamiinisulfaatin vesiliuosta alkalin tai ammoniakin läsnä ollessa 0–100 °C:ssa, ja sitten Beckmannilla. kaprolaktaamin uudelleenjärjestely (3):

Bentseeniprosessit

Toinen ryhmä prosesseja kaprolaktaamin synteesiä varten ovat prosessit, joissa bentseeniä käytetään raaka-aineena. Niitä alettiin kehittää myöhemmin kuin fenolia, kun maailmanmarkkinat kyllästyivät asetonilla , fenolituotannon  sivutuotteella , ja varsinkin myöhemmin, kun fenolista, toisin kuin bentseenistä , tuli niukkoja. Yksi näistä prosesseista kehitettiin 1900-luvun puolivälissä Typpiteollisuuden ja orgaanisten synteesituotteiden valtion tutkimus- ja suunnitteluinstituutissa (GIAP) [3] .

Näiden prosessien ensimmäinen vaihe on bentseenin katalyyttinen hydraus sykloheksaaniksi Pt/Al 2 O 3 :n tai nikkeli-kromikatalyytin päällä 250–350 ja 130–220 °C:ssa.

Yleisimmässä bentseeniprosessissa sykloheksaanin nestefaasinen katalyyttinen hapetus sykloheksanoliksi ("anoli") suoritetaan sitten, epäpuhtautena sykloheksanonia - "anonia" muodostuu epäpuhtautena:

ja sykloheksanolin edelleen dehydraus sykloheksanoniksi (sinkki-kromi-katalyyteillä 360-400 °C:ssa, sinkki-rautakatalyyteillä 400 °C:ssa tai kupari-magnesiumkatalyyteillä 260-300 °C:ssa), joka sitten muunnetaan kaprolaktaamioksiimin kautta. . Kaprolaktaamin saanto on ~85–88 % bentseeninä mitattuna.

Suorassa oksimaatiomenetelmässä bentseenin hydrauksella saatu sykloheksaani nitrosoidaan nitrosyylikloridilla ultraviolettisäteilyn alaisena, tuloksena oleva nitrososykloheksaani tautomeroidaan in situ sykloheksanonioksiimiksi.

Tolueeniprosessi

Kaprolaktaamin synteesissä tolueenista ensimmäinen vaihe on tolueenin hapetus bentsoehapoksi kobolttibentsoaatin katalysoimana, jonka jälkeen bentsoehappo hydrataan sykloheksyylikarboksyylihapoksi 170 °C:ssa ja 1,4-1,5 MPa:ssa ( palladiumkatalysaattori ) .

Sykloheksyylikarboksyylihappo nitrosoidaan edelleen nitrosyylirikkihapolla 75–80 °C:ssa. Nitrosaatioreaktioon liittyy dekarboksylaatio , syntyvän nitrososykloheksaanin uudelleenjärjestyminen sykloheksanonioksiimaksi ja sen uudelleenjärjestely kaprolaktaamiksi nitrosaation aikana vapautuvan rikkihapon vaikutuksesta . Koska nitrosoinnin aikana tapahtuu yhdessä teknologisessa vaiheessa neljä peräkkäistä reaktiota , prosessi ei ole riittävän selektiivinen ja tällä menetelmällä saatu raakakaprolaktaami tarvitsee monimutkaisempaa lisäpuhdistusta. Kaprolaktaamin saanto on ~70 % perustuen tolueeniin.

Techni-Chem prosessi

Techni-Chem-prosessissa sykloheksanoni asyloidaan ensin keteenillä , jolloin muodostuu sykloheksenyyliasetaattia, joka sitten nitrataan etikkahapon poistamiseksi, jolloin saadaan 2-nitrosykloheksanonia.

Sitten 2-nitrosykloheksanoni hydrolysoituu, jolloin muodostuu e-nitrokapronihappoa, joka pelkistyy e-aminokapronihapoksi; jälkimmäinen dehydratoidaan kaprolaktaamiksi 300 °C:ssa ja 100 baarissa.

Techni-Chem-prosessin tärkein etu on sivutuotteiden muodostumisen minimoiminen: sykloheksenyyliasetaatin nitrauksen aikana irronnut etikkahappo voidaan pyrolysoida keteeniksi [4] .

Sovellus

Kaprolaktaamia käytetään pääasiassa polyamidimuovien ja -kuitujen valmistukseen . Pääosa maailman kulutuksesta muodostuu langoista ja kuiduista, huomattava määrä kulutetaan myös konepajamuovien valmistukseen. Loput määrästä käytetään pakkauskalvojen ja muiden materiaalien valmistukseen.

Polyamidikuituja ja -lankoja käytetään yleensä tekstiilien, mattojen, teollisuuslankojen valmistukseen, joita käytetään vuorostaan ​​rengaslangan valmistukseen. Johdinlanka on PA6-markkinoiden suurin ja nopeimmin kasvava segmentti.

PA6-hartsi on myös tärkein teknisten muovien tuotannossa, jota käytetään elektronisten ja sähköisten komponenttien sekä autonosien valmistukseen.

Pakkausteollisuudessa käytetään orientoitua polyamidikalvoa, joka on myös valmistettu PA6-hartsista.

Pieniä määriä kaprolaktaamia käytetään lysiinin synteesissä ja myös aineena polyuretaanin tuotannossa.

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0097.html
2. ↑ IARC Monographien luokittelemat agentit arkistoitu 25. lokakuuta 2011 Wayback Machinessa  ( s. 31)
3. ↑ Vladimirov S. Kapron bentseenistä // Kemia ja elämä . - 1965. - Nro 1 . - S. 28-29 .
4. ↑ Weissermel, Klaus; Arpe, Hans-Jurgen. Teollinen orgaaninen kemia  (uuspr.) . - John Wiley & Sons , 2003. - S. 258. - ISBN 978-3-527-30578-0 .

Kirjallisuus

• Kaprolaktaamin tuotanto / Toim. V.I. Ovchinnikov ja V.R. Ruchinsky. "Kemia", M. 1977