Caprolactam

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 28. august 2020; checks kræver 3 redigeringer .
Caprolactam
Generel
Systematisk
navn		 azepan-2-on
Traditionelle navne caprolactam
Chem. formel C6H11NO _ _ _ _
Fysiske egenskaber
Stat solid
Molar masse 113,16 g/ mol
Massefylde 1,01 g/cm³
Termiske egenskaber
Temperatur
 •  smeltning 68,8°C
 •  kogning 270°C
 •  blinker 282±1℉ [1]
Eksplosionsgrænser 1,4 ± 0,1 vol.% [1]
Damptryk 8,0E−8 ± 1,0E−8 mmHg [en]
Klassifikation
Reg. CAS nummer 105-60-2
PubChem 7768
Reg. EINECS nummer 203-313-2
SMIL   C1CC(NCCC1)=O
InChI   InChI=1S/C6H11NO/c8-6-4-2-1-3-5-7-6/h1-5H2,(H,7,8)JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N
RTECS CM3675000
CHEBI 28579
ChemSpider 7480
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet.
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Caprolactam (hexahydro-2H-azepin-2-on) - cyklisk amid ( lactam ) af e-aminocapronsyre , farveløse krystaller; Τ balle = 262,5 °C, Τ pl = 68-69 °C.

Egenskaber

Hvide krystaller, meget opløselige i vand , alkohol , ether , benzen . Caprolactam er et cyklisk amid af ε-aminocapronsyre. I industrien er benzen råstoffet til fremstilling af caprolactam. Når den opvarmes i nærvær af små mængder vand, alkohol, aminer, organiske syrer og nogle andre forbindelser, polymeriserer caprolactam til dannelse af en polyamidharpiks, hvorfra capronfiber opnås .

Vandige opløsninger af syrer og baser forårsager hydrolyse af caprolactam til ε-aminocapronsyre .

Fra januar 2019 er caprolactam det eneste stof, der er opført af Agenturet for Kræftforskning som et ikke-kræftfremkaldende stof [2] .

Henter

Der er adskillige industrielle metoder til syntese af caprolactam, som alle i sidste fase af den teknologiske kæde omfatter Beckmann-omlejringen af ​​cyclohexanonoxim til caprolactam under påvirkning af oleum eller koncentreret svovlsyre ved 60-120 °C:

Biproduktet fra denne fase er ammoniumsulfat , som bruges som mineralsk gødning .

Til gengæld er der flere metoder til syntese af cyclohexanonoxim, hvor phenol, benzen eller toluen kan bruges som råmateriale, hvilket bestemmer de teknologiske produktionsordninger.

Fenolisk proces

Historisk set var den første produktionsproces for caprolactam en proces, der brugte phenol som råmateriale . I det første trin i denne proces hydrogeneres phenol til cyclohexanol over en Pd/Al2O3- eller Ni - Cr/Al2O3- katalysator ved 120-140° C og et tryk på 1-1,5 MPa eller 130-150° C og 1, 5-2,5 MPa, henholdsvis:

Cyclohexanol dehydrogeneres derefter til cyclohexanon (1), hvorfra cyclohexanonoxim (2) derefter opnås ved reaktion med et overskud af en vandig opløsning af hydroxylaminsulfat i nærværelse af alkali eller ammoniak ved 0-100 °C, og derefter af Beckmann omlejring af caprolactam (3):

Benzenprocesser

En anden gruppe af processer til syntese af caprolactam er processer, hvor benzen anvendes som råmateriale. De begyndte at blive udviklet senere end phenol, da verdensmarkedet var mættet med acetone  , et biprodukt fra phenolproduktion , og især senere, da phenol, i modsætning til benzen , blev knap. En af disse processer blev udviklet i midten af ​​det 20. århundrede på Statens forsknings- og designinstitut for nitrogenindustrien og organiske synteseprodukter (GIAP) [3] .

Det første trin i disse processer er den katalytiske hydrogenering af benzen til cyclohexan over Pt/Al 2 O 3 eller en nikkel-chrom-katalysator ved henholdsvis 250-350 og 130-220°C.

I den mest almindelige benzenproces udføres den flydende katalytiske oxidation af cyclohexan til cyclohexanol ("anol") derefter, som en urenhed, cyclohexanon - "anon" dannes som en urenhed:

og yderligere dehydrogenering af cyclohexanol til cyclohexanon (på zink-chrom-katalysatorer ved 360-400 °C, zink-jern-katalysatorer ved 400 °C eller kobber-magnesium-katalysatorer ved 260-300 °C), som derefter omdannes via oxim til caprolactam . Udbyttet af caprolactam er ~85-88% i form af benzen.

I den direkte oximeringsmetode nitroseres cyclohexan opnået ved hydrogenering af benzen med nitrosylchlorid under ultraviolet bestråling, den resulterende nitrosocyclohexan tautomeriseres in situ til cyclohexanonoxim.

Toluenproces

I syntesen af ​​caprolactam fra toluen er det første trin oxidationen af ​​toluen til benzoesyre , katalyseret af cobaltbenzoat, derefter hydrogeneres benzoesyre til cyclohexylcarboxylsyre ved 170 °C og 1,4-1,5 MPa ( palladium - på-kul-katalysator) .

Cyclohexylcarboxylsyre nitroseres yderligere med nitrosylsvovlsyre ved 75-80°C. Nitroseringsreaktionen ledsages af decarboxylering , omlejring af den resulterende nitrosocyclohexan til cyclohexanonoxim og dens omlejring til caprolactam under påvirkning af svovlsyre frigivet under nitrosering . Da fire på hinanden følgende reaktioner forekommer under nitrosering på et teknologisk trin, er processen ikke selektiv nok, og den rå caprolactam opnået ved denne metode har brug for yderligere kompleks oprensning. Udbyttet af caprolactam er ~70% baseret på toluen.

Techni-Chem proces

I Techni-Chem-processen acyleres cyclohexanon først med keten til dannelse af cyclohexenylacetat, som derefter nitreres for at fjerne eddikesyre for at give 2-nitrocyclohexanon.

2-Nitrocyclohexanon undergår derefter hydrolyse til dannelse af e-nitrocapronsyre, som reduceres til e-aminocapronsyre; sidstnævnte dehydreres til caprolactam ved 300°C og 100 bar.

Den største fordel ved Techni-Chem-processen er minimeringen af ​​dannelsen af ​​biprodukter: eddikesyre, der spaltes af under nitreringen af ​​cyclohexenylacetat, kan pyrolyseres til keten [4] .

Ansøgning

Caprolactam bruges hovedsageligt til fremstilling af polyamidplast og fibre . Størstedelen af ​​verdensforbruget står for tråde og fibre, en betydelig mængde forbruges også i produktionen af ​​ingeniørplast. Resten af ​​volumen bruges til fremstilling af emballagefilm og andre materialer.

Polyamidfibre og -tråde bruges normalt til fremstilling af tekstiler, tæpper, industrigarn, der igen bruges til fremstilling af dæksnor. Ledningstråd er det største og hurtigst voksende segment på PA6-markedet.

PA6-harpiks er også den vigtigste til produktion af ingeniørplast, der bruges til produktion af elektroniske og elektriske komponenter, bildele.

Emballageindustrien anvender orienteret polyamidfilm, også fremstillet på basis af PA6-harpiks.

Små mængder caprolactam bruges i syntesen af ​​lysin og også som et middel til fremstilling af polyurethan.

Noter

  1. ↑ 1 2 3 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0097.html
  2. ↑ Agenter klassificeret af IARC Monographs Arkiveret 25. oktober 2011 på Wayback Machine  ( s. 31)
  3. ↑ Vladimirov S. Kapron fra benzen // Kemi og liv . - 1965. - Nr. 1 . - S. 28-29 .
  4. ↑ Weissermel, Klaus; Arpe, Hans-Jürgen. Industriel organisk kemi  (neopr.) . - John Wiley & Sons , 2003. - S. 258. - ISBN 978-3-527-30578-0 .

Litteratur

 nitrogenholdige heterocykler
Trinomial
Firedobbelt
Fem-medlemmer
Seks-medlemmer
Syvmand
højere