Капролактам

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Капролактам
Caprolactam.svg
Капролактам
Общие
Систематическое
наименование
азепан-2-он
Традиционные названия капролактам
Хим. формула C6H11NO
Физические свойства
Состояние твёрдое
Молярная масса 113,16 г/моль
Плотность 1,01 г/см³
Термические свойства
Т. плав. 68,8 °C
Классификация
Рег. номер CAS 105-60-2
PubChem 7768
Рег. номер EINECS 203-313-2
SMILES
ChemSpider 7480
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Капролактам (гексагидро-2H-азепин-2-он) — циклический амид (лактам) ε-аминокапроновой кислоты, бесцветные кристаллы; Τкип = 262,5 °C, Τпл = 68—69 °C.

Свойства[править | править вики-текст]

Белые кристаллы, хорошо растворимые в воде, спирте, эфире, бензоле. Капролактам — циклический амид ε-аминокапроновой кислоты. В промышленности для производства капролактама исходным сырьем служит бензол. При нагревании в присутствии небольших количеств воды, спирта, аминов, органических кислот и некоторых других соединений капролактам полимеризуется с образованием полиамидной смолы, из которой получают волокно капрон.

Водные растворы кислот и щелочей вызывают гидролиз капролактама до ε-аминокапроновой кислоты.

По состоянию на январь 2014 года, капролактам — единственное вещество, занесенное агентством по изучению рака в список неканцерогенных веществ[1].

Получение[править | править вики-текст]

Существует несколько промышленных методов синтеза капролактама, все они на завершающей стадии технологической цепи включают перегруппировку Бекмана циклогексаноноксима в капролактам при действии олеума или концентрированной серной кислоты при 60—120 °C:

Перегруппировка Бекмана

Побочным продуктом на этой стадии является сульфат аммония, используемый в качестве минерального удобрения.

В свою очередь, существует несколько методов синтеза циклогексаноноксима, в которых качестве исходного сырья могут использоваться фенол, бензол или толуол, что и определяет технологические схемы производств.

Фенольный процесс[править | править вики-текст]

Исторически первым процессом производства капролактама был процесс, использующий в качестве исходного сырья фенол. На первой стадии в этом процессе фенол гидрируется до циклогексанола над катализатором Pd/Al2O3 или Ni-Cr/Al2O3 при 120-140 °C и давлении 1-1,5 МПа либо 130-150 °C и 1,5-2,5 МПа соответственно:

Cyclohexanol Synth.png

Циклогексанол затем дегидрируется до циклогексанона (1), из которого затем реакцией с избытком водного раствора сульфата гидроксиламина в присутствии щелочи или аммиака при 0-100 °C получают циклогексаноноксим (2) и далее перегруппировкой Бекмана капролактам (3):

Beckmann-rearangement.png

Бензольные процессы[править | править вики-текст]

Другой группой процессов синтеза капролактама являются процессы, в которых в качестве исходного сырья используется бензол. Они стали разрабатываться позже фенольного, когда мировой рынок насытился ацетоном — побочным продуктом производства фенола, и особенно — позднее, когда фенол, в отличие от бензола, стал дефицитным. Один из таких процессов был разработан в середине XX века в Государственном научно-исследовательском и проектном институте азотной промышленности и продуктов органического синтеза (ГИАП)[2].

Первой стадией этих процессов является каталитическое гидрирование бензола до циклогексана над Pt/Al2O3 или никель-хромовым катализатором при 250-350 и 130-220 °C соответственно.

В наиболее распространенном бензольном процессе далее проводят жидкофазное каталитическое окисление циклогексана в циклогексанол («анол», в качестве примеси при этом образуется циклогексанон - «анон»):

Cyclohexanon Synth1.png

и дальнейшего дегидрирования циклогексанола в циклогексанон (на цинк-хромовых при 360-400 °C, цинк-железных при 400 °C или медь-магниевых при 260-300 °C катализаторах), который через оксим затем превращается в капролактам. Выход капролактама ~85-88% в пересчете на бензол.

При методе прямого оксимирования циклогексан, полученный гидрированием бензола, нитрозируют нитрозилхлоридом при ультрафиолетовом облучении, получающийся нитрозоциклогексан in situ таутомеризуется в циклогексаноноксим.

Толуольный процесс[править | править вики-текст]

При синтезе капролактама из толуола первой стадией является окисление толуола до бензойной кислоты, катализируемое бензоатом кобальта, затем бензойную кислоту гидрируют до циклогексилкарбоновой кислоты при 170 °C и 1,4-1,5 МПа (катализатор - палладий на угле).

Циклогексилкарбоновая далее нитрозируется нитрозилсерной кислотой при 75-80 °C. Реакция нитрозирования сопровождается декарбоксилированием, перегруппировкой образовавшегося нитрозоциклогексана в циклогексаноноксим и его перегруппировкой в капролактам под действием высвобождающейся при нитрозирования серной кислоты. Поскольку при нитрозирования на одной технологической стадии происходят четыре последовательных реакции, процесс недостаточно селективен и получаемый этим методом капролактам-сырец нуждается в дополнительной сложной очистке. Выход капролактама ~70% в расчете на толуол.

Применение[править | править вики-текст]

Капролактам используется, в основном, для получения полиамидных пластмасс, волокон. Основная часть мирового потребления приходится на нити и волокна, значительное количество потребляется также в производстве конструкционных пластмасс. Остальной объем используется для изготовления упаковочных пленок и других материалов.

Полиамидные волокна и нити, как правило, применяются в производстве текстиля, ковровых покрытий, промышленных нитей, используемых в свою очередь для изготовления шинного корда. Кордная нить – крупнейший и наиболее быстрорастущий сегмент рынка ПА6.

Смола ПА6 также является основной для производства конструкционных пластиков, используемых для производства компонентов электронной и электрической техники, автомобильных деталей.
В упаковочной отрасли применяется ориентированная полиамидная пленка, также изготовленная на основе смолы ПА6.

Небольшие объемы капролактама уходят на синтез лизина, а также в качестве агента в производстве полиуретана.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Agents Classified by the IARC Monographs (англ.) (стр. 31)
  2. Владимиров С. Капрон из бензола // Химия и жизнь. — 1965. — № 1. — С. 28—29.

Литература[править | править вики-текст]

  • Производство капролактама /Под ред. В.И.Овчинникова и В.Р.Ручинского. «Химия», М. 1977