Kaprolaktam

Kaprolaktam (hexahydro-2H-azepin-2-on) - cyklický amid ( laktam ) kyseliny ε-aminokapronové , bezbarvé krystaly; Τ balík = 262,5 °C, Τ pl = 68-69 °C.

Vlastnosti

Bílé krystaly, vysoce rozpustné ve vodě , alkoholu , etheru , benzenu . Kaprolaktam je cyklický amid kyseliny ε-aminokapronové. V průmyslu je pro výrobu kaprolaktamu výchozí surovinou benzen. Při zahřívání v přítomnosti malého množství vody, alkoholu, aminů, organických kyselin a některých dalších sloučenin kaprolaktam polymerizuje za vzniku polyamidové pryskyřice, ze které se získává kapronové vlákno .

Vodné roztoky kyselin a zásad způsobují hydrolýzu kaprolaktamu na kyselinu ε-aminokapronovou .

Od ledna 2019 je kaprolaktam jedinou látkou uvedenou Agenturou pro výzkum rakoviny jako nekarcinogenní látka [2] .

Získání

Existuje několik průmyslových metod pro syntézu kaprolaktamu, z nichž všechny v konečné fázi technologického řetězce zahrnují Beckmannův přesmyk cyklohexanonoximu na kaprolaktam působením olea nebo koncentrované kyseliny sírové při 60–120 °C:

Vedlejším produktem této fáze je síran amonný , který se používá jako minerální hnojivo .

Pro syntézu cyklohexanonoximu zase existuje několik metod, ve kterých lze jako surovinu použít fenol, benzen nebo toluen, což určuje technologická schémata výroby.

Fenolický proces

Historicky prvním výrobním procesem kaprolaktamu byl proces využívající fenol jako vstupní surovinu . V první fázi tohoto procesu se fenol hydrogenuje na cyklohexanol na katalyzátoru Pd/Al203 nebo Ni -Cr/ Al203 při 120-140 °C a tlaku 1-1,5 MPa nebo 130-150 ° C a 1, 5-2,5 MPa, v tomto pořadí:

Cyklohexanol se poté dehydrogenuje na cyklohexanon (1), ze kterého se pak získá cyklohexanonoxim (2) reakcí s přebytkem vodného roztoku hydroxylaminsulfátu v přítomnosti alkálie nebo amoniaku při 0–100 °C a poté Beckmannem přeskupení kaprolaktamu (3):

Procesy benzenu

Další skupinou procesů pro syntézu kaprolaktamu jsou procesy, ve kterých se jako surovina používá benzen. Začaly se vyvíjet později než fenol, kdy byl světový trh nasycen acetonem  , vedlejším produktem výroby fenolu , a zejména později, kdy fenol na rozdíl od benzenu začal být vzácnější. Jeden z těchto procesů byl vyvinut v polovině 20. století ve Státním výzkumném a konstrukčním ústavu dusíkatého průmyslu a produktů organické syntézy (GIAP) [3] .

První fází těchto procesů je katalytická hydrogenace benzenu na cyklohexan na Pt/Al 2 O 3 nebo nikl-chromovém katalyzátoru při 250–350 a 130–220 °C.

V nejběžnějším benzenovém procesu se pak provádí katalytická oxidace cyklohexanu v kapalné fázi na cyklohexanol („anol“), jako nečistota vzniká cyklohexanon – jako nečistota vzniká „anon“:

a další dehydrogenace cyklohexanolu na cyklohexanon (na zinko-chromových katalyzátorech při 360–400 °C, zinko-železných katalyzátorech při 400 °C nebo měď-hořčíkových katalyzátorech při 260–300 °C), který je následně přeměněn přes oxim na kaprolaktam . Výtěžek kaprolaktamu je ~ 85–88 %, pokud jde o benzen.

Při metodě přímé oximace se cyklohexan získaný hydrogenací benzenu nitrosuje nitrosylchloridem za ultrafialového záření, výsledný nitrosocyklohexan se tautomerizuje in situ na cyklohexanonoxim.

Toluenový proces

Při syntéze kaprolaktamu z toluenu je prvním stupněm oxidace toluenu na kyselinu benzoovou , katalyzovaná benzoátem kobaltnatým, poté je kyselina benzoová hydrogenována na kyselinu cyklohexylkarboxylovou při 170 °C a 1,4-1,5 MPa ( katalyzátor palladium na dřevěném uhlí) .

Kyselina cyklohexylkarboxylová je dále nitrosována kyselinou nitrosylsírovou při 75–80 °C. Nitrosační reakce je doprovázena dekarboxylací , přesmykem vzniklého nitrosocyklohexanu na cyklohexanonoxim a jeho přesmykem na kaprolaktam působením kyseliny sírové uvolněné při nitrosaci . Protože během nitrosace v jednom technologickém stupni probíhají čtyři po sobě jdoucí reakce , není proces dostatečně selektivní a surový kaprolaktam získaný tímto způsobem vyžaduje další komplexní čištění. Výtěžek kaprolaktamu je ~70 % vztaženo na toluen.

Techni-Chem proces

V procesu Techni-Chem se cyklohexanon nejprve acyluje ketenem za vzniku cyklohexenylacetátu, který se pak nitruje, aby se odstranila kyselina octová, aby se získal 2-nitrocyklohexanon.

2-nitrocyklohexanon pak podléhá hydrolýze za vzniku kyseliny e-nitrokapronové, která se redukuje na kyselinu e-aminokapronovou; ten se dehydratuje na kaprolaktam při 300 °C a 100 bar.

Hlavní výhodou procesu Techni-Chem je minimalizace tvorby vedlejších produktů: kyselina octová, odštěpená při nitraci cyklohexenylacetátu, může být pyrolyzována na keten [4] .

Aplikace

Kaprolaktam se používá hlavně k výrobě polyamidových plastů a vláken . Hlavní část světové spotřeby tvoří nitě a vlákna, značné množství je také spotřebováno při výrobě technických plastů. Zbytek objemu se používá na výrobu obalových fólií a dalších materiálů.

Polyamidová vlákna a nitě se obvykle používají při výrobě textilií, koberců, průmyslových přízí, dále pak pro výrobu kordu pneumatik. Kordová nit je největším a nejrychleji rostoucím segmentem trhu PA6.

Pryskyřice PA6 je také hlavní pro výrobu technických plastů používaných pro výrobu elektronických a elektrických součástek, automobilových dílů.

V obalovém průmyslu se používá orientovaná polyamidová fólie, vyrobená rovněž na bázi pryskyřice PA6.

Malé objemy kaprolaktamu se používají při syntéze lysinu a také jako činidlo při výrobě polyuretanu.

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0097.html
2. ↑ Agenti klasifikovaní monografií IARC Archivováno 25. října 2011 na Wayback Machine  ( str. 31)
3. ↑ Vladimirov S. Kapron z benzenu // Chemie a život . - 1965. - č. 1 . - S. 28-29 .
4. ↑ Weissermel, Klaus; Arpe, Hans-Jurgen. Průmyslová organická chemie  (neopr.) . - John Wiley & Sons , 2003. - S. 258. - ISBN 978-3-527-30578-0 .

Literatura

• Výroba kaprolaktamu / Ed. V.I. Ovchinnikov a V.R. Ruchinsky. "Chemie", M. 1977