Капролактам
Капролактам | |
---|---|
Назва за IUPAC | азепан-2-он |
Інші назви | лактам ε-амінокапронової кислоти, 6-гексанлактам, гексагідро-2H-азепін-2-он, 2-оксогексаметиленімін |
Ідентифікатори | |
Номер CAS | 105-60-2 |
Номер EINECS | 203-313-2 |
KEGG | C06593 |
Назва MeSH | D02.065.589.200, D03.383.066.150 і D03.383.411.200 |
ChEBI | 28579 |
RTECS | CM3675000 |
SMILES | C1CCC(=O)NCC1[1] |
InChI | InChI=1S/C6H11NO/c8-6-4-2-1-3-5-7-6/h1-5H2,(H,7,8) |
Номер Бельштейна | 106934 |
Номер Гмеліна | 101802 |
Властивості | |
Молекулярна формула | C6H11NO |
Молярна маса | 113,157 г/моль |
Густина | 1,0135 г/см³ [2] |
Тпл | 69,3 °C[3] |
Ткип | 270 °C[3] |
Розчинність (вода) | 84,0% |
Показник заломлення (nD) | 1,4768[4] |
В'язкість | 8,85 мПа·с[2] |
Дипольний момент | 3,9 |
Термохімія | |
Ст. ентальпія утворення ΔfH 298 |
-329,4 кДж/моль |
Теплоємність, c p |
156,8 Дж/(моль·K) |
Небезпеки | |
Температура спалаху | 125 °C |
Температура самозаймання | 375 °C |
Вибухові границі | 1,4% об. (135 °C) |
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа) | |
Інструкція з використання шаблону | |
Примітки картки |
Капролакта́м (лактам капронової кислоти) — органічна сполука ряду лактамів складу C6H11NO. За звичайних умов є білою, гігроскопічною кристалічною речовиною з температурою плавлення 69,3 °C.
Вперше капролактам синтезували С. Габріель і Т. Маас у 1899 році циклізацією капронової кислоти. Іншим способом отримав сполуку Отто Валлах — синтезувавши її з циклогексанону за допомогою перегрупування Бекмана.
Комерційний інтерес до капролактаму з'явився у 1938 році, коли Пауль Шлак[de] з IG Farben вперше здійснив його поліконденсацію. Відтоді він став важливою сировиною для отримання полімерів. Так, у 1989 році світовий об'єм виробництва капролактаму для потреб синтезу полімерів склав 2 млн тонн, а в 1994 році — 2,2 млн тонн.
Фізичні властивості[ред. | ред. код]
Капролактам є білою, кристалічною речовиною із характерним запахом. Він добре розчинний у воді, бензені, етанолі, хлороформі.
Розчинник | Температура | |||
---|---|---|---|---|
20 °C | 30 °C | 40 °C | 50 °C | |
Вода | 82 | 86,5 | 90 | 93,5 |
Толуен | 26 | 36,5 | 51 | 66,5 |
Етилацетат | 24,2 | 33,3 | 48,5 | 66,2 |
Бутанон | 34,6 | 45,7 | 59,2 | 72,9 |
Циклогексанон | 34,6 | 42,2 | 54,5 | 68,2 |
Циклогексан | 2 | 2,5 | 7 | 18,5 |
Рідкий капролактам є потужним розчинником для багатьох полярних і неполярних органічних речовин.
Отримання[ред. | ред. код]
Як вихідні сполуки для синтезу капролактаму найчастіше застосовуються циклогексанон, циклогексан, фенол, які отримують із бензену, толуену.
Отримання з циклогексанону[ред. | ред. код]
Основні методи отримання капролактаму є модифікаціями схеми перетворення циклогексанону в оксим із наступним перегрупуванням:
Процес AlliedSignal[ред. | ред. код]
Американською компанією «AlliedSignal» був розроблений метод отримання із виходом продукту близько 98% Гідроксиламін використовується у формі сульфату. Його отримують з оксиду азоту N2O:
Утворений гідроксиламін сульфат бере участь у нейтралізації циклогексанону (1—2):
Побічним продуктом виробництва оксиму є сульфат амонію, його теоретичний вихід знаходиться на рівні 2,9 кг на кілограм цільового продукту. Утворений сульфат амонію надалі можна використовувати як добрива.
У кислому середовищі оксим кількісно піддається перетворенню у капролактам за механізмом перегрупування Бекмана (2—3). Для цього використовують олеум, що також допомагає поглинути небажану вологу з лактаму. У реакційну суміш подається невелика кількість амоніаку для завершення нейтралізації, це призводить до утворення додаткових 1,5 кілограма сульфату амонію на кілограм капролактаму.
Процес BASF[ред. | ред. код]
Синтез за методом «BASF» ведеться від отримання циклогексанону шляхом каталітичного окиснення повітрям циклогексану у рідкій фазі до суміші циклогексанон-циклогексанол та наступною дегідрогенізацією у газовій фазі. Вихід варіюється від 75% при ступені перетворенні циклогексану у 10% до 80% при перетворенні у 5%.
Отримання гідроксиламіну у формі змішаного сульфату ведеться гідрогенізацією оксиду азоту(II) над паладієвим каталізатором у присутності сульфатної кислоти:
Метод відзначається меншою кількістю побічних продуктів — 2,4 кг сульфату амонію на кілограм кінцевого продукту, однак він дорожчий через складність процесу гідрогенізації.
Гідроксиламін-фосфатний процес[ред. | ред. код]
Компанія «Dutch State Mines» запропонувала варіацію із використанням ортофосфатної кислоти на стадії синтезу гідроксиламіну. Відновлення розчину кислоти і нітрату амонію проводиться воднем на паладієвому каталізаторі:
Після завершення гідрування нітрат-іонів, проводиться додаткова реакція гідроксиламіну із фосфатною кислотою при pH 1,8.
Утворення оксиму із гідроксиламін фосфатом відбувається аналогічно до сульфат-похідної:
Ефективність оксимації сягає 98%, інші ж 2% додатково нейтралізуються гідроксиламіном та амоніаком при pH 4,5 (тоді як основна взаємодія проводиться при pH 2). В подальшому оксим виділяється з розчиннику (толуену) і направляється на стадію проведення перегрупування.
Отримання з циклогексану[ред. | ред. код]
У 1950-х роках японським підприємством «Toray Industries» був розроблений спосіб фотооксимації циклогексану: дія ультрафіолетового випромінювання на суміш циклогексану з нітрозил хлоридом та наступне перегрупування в олеумі.
Нітрозил хлорид синтезується з сульфатної кислоти та оксидів азоту, що отримують спалюванням амоніаку:
Фотохімічна взаємодія, яка веде до утворення гідрохлориду оксиму:
Подальше проведення перегрупування в олеумі утворює побічний продукт, сульфат амонію, в кількості 1,7 кг на кілограм капролактаму.
Отримання з толуену[ред. | ред. код]
Синтез капролактаму з толуену, розроблений у «Snia Viscosa» (1960), проводиться у три стадії:
- каталітичним окисненням толуену до бензойної кислоти (каталізатор — кобальт, температура 160—170 °C, тиск 0,8-1 МПа, вихід близько 90% від теоретичного):
- гідрогенуванням відділеної перегонкою бензойної кислоти до циклогексанкарбоксильної:
- нітрозодекаброксилюванням циклогексанкарбоксильної кислоти із утворенням капролактаму у присутності олеуму:
В ході останної взаємодії циклогексанон та його оксим утворюються in situ.
Полімеризація[ред. | ред. код]
Капролактам здатен полімеризуватися. В результаті гідролізу відбувається розрив кільця із утворенням лінійних мономерів ε-амінокапронової кислоти, що можуть об'єднуватися:
Токсичність[ред. | ред. код]
Капролактам є малотоксичною речовиною, при його безпечному використання він не становить загрози для здоров'я. Тривалий контакт із пилом або випаровуваннями капролактаму може завдати пошкоджень очам, слизовим оболонкам, шкірі, в окремих випадках можлива поява респіраторних захворювань. Результатом впливу речовини на шкіру є її почервоніння, грубшання. Загалом, відчуття аналогічні до сонячного опіку.
Для усунення слідів капролактаму достатньою мірою буде вмивання водою, в якій він добре розчинний, за необхідності можна також використати мило.
Застосування[ред. | ред. код]
Основним застосуванням капролактаму є використання його як сировини для отримання капрону (нейлону-6) та лізину.
Див. також[ред. | ред. код]
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Капролактам |
Примітки[ред. | ред. код]
Джерела[ред. | ред. код]
- CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide. — 86th. — Boca Raton (FL) : CRC Press, 2005. — 2656 p. — ISBN 0-8493-0486-5. (англ.) (С.?)
- Fisher W. B., Crescentini L. Caprolactam // Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. — 4th. — New York : John Wiley & Sons, 2004. — Vol. 4. — P. 426-432. — ISBN 978-0-471-48517-9. — DOI: (англ.) (С.?)
- Ritz J. et al. Caprolactam // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — 6th. — Weinheim : Wiley-VCH, 2005. — 21 p. — DOI: (англ.) (С.?)
- Химический энциклопедический словарь / Под ред. И. Л. Кнунянц. — М. : Сов. энциклопедия, 1983. — 792 с. (рос.) (С.?)