Методы синтеза капролактама

Капролактам (лактам ε-аминокапроновой кислоты)

– белое кристаллическое вещество, т. пл. 342,2 К, т. кип. 535,5 К, при 343 К d4 1,020. Капролактам хорошо растворим в воде, органических растворителях и в разбавленной серной кислоте.

Капролактам был впервые синтезирован О. Валлахом в 1899 г. из пимелиновой кислоты НООС(СН2)5СООН. Интерес к капролактаму возрос после того, как немецкий химик П. Шлак осуществил его полимеризацию и получил застывающие при охлаждении гибкие нити толщиной в доли миллиметра. Таким образом было найдено новое исходное вещество для получения полиамидных волокон, впервые синтезированных У. Карозерсом в 1935 г. на основе АГ-соли-производного адипиновой кислоты и гексаметилендиамина.

Полиамидное волокно на основе капролактама имеет различные фирменные названия – "капрон", "найлон 6", "перлон", "силон", "додерон" и др. Основные узлы первой технологической схемы синтеза капролактама разработаны в Германии, где в 1943 г. было организовано промышленное производство мощностью 3,5 тыс. т/год на основе фенола в качестве исходного реагента. На основе капролактама стали производить парашютный шелк и корд для авиационных шин.

В настоящее время в промышленности реализованы семь вариантов производства капролактама, шесть из которых основаны на использовании бензола и один – толуола.

Фенольный метод. Фенольный метод получения капролактама был разработан в Германии во время Второй мировой войны. Метод включал следующиестадии:

Интересный вариант фенольного процесса разработан фирмой "Эллайд Кемикал". Он отличается тем, что фенол гидрируют непосредственно до циклогексанона:

Эту стадию проводят при комнатной температуре (~293 К) и атмосферном давлении в присутствии азото-водородной смеси и палладированного угля в качестве катализатора. Дальнейшие стадии процесса не отличаются от обычного фенольного метода.

Циклогексановый метод. Варианты процесса разработаны в Советском Союзе и за рубежом. Процесс осуществляют в соответствии со схемой

Особенность процесса заключается в стадии окисления циклогексана, которую проводят в жидкой фазе при температуре ~ 473 К и давлении 2-5 МПа в присутствии обычных катализаторов окисления, в частности растворимых солей кобальта.

Капролактоновый процесс фирмы "Юнион Карбайд"

Фирма «Юнион Карбайд» (США) разработала и реализовала в промышленности процесс переработки циклогексанона в капролактам через стадию окисления циклогексанона в капролактон надуксусной кислотой при 293-323 К и 0,5 МПа:

Целесообразно совмещать в одном аппарате получение надуксусной кислоты из ацетальдегида и окисление циклогексанона воздухом:

Полученный капролактон термическим путем или в присутствии катализатора на основе палладия обрабатывают аммиаком с образованием капролактама:

Реакцию проводят при 573-698 К и давлении до 20 МПа при степени конверсии не выше 30%. Амидирование капролактона в водноаммиачном растворе осуществляется в несколько стадий: на первой – получают амид и аммонийную соль гидроксикапроновой кислоты, а на второй – превращают эти производные гидроксикапроновой кислоты в капролактам:

Дальнейшего развития этот метод пока не получил.

Нитроциклогексановый процесс фирмы "Дюпон"

Циклогексан нитруют с получением нитроциклогексана согласно схеме

Реакцию проводят при ~573 К. Нитроциклогексан восстанавливают в циклогексаноноксим водородом при 423-443 К в присутствии в качестве катализатора оксидов серебра, цинка, хрома, или кальция. Далее процесс осуществляют обычным методом.

Процесс фотонитрозирования фирмы "Тойо Рейон"

Процесс осуществляют согласно схеме

Газообразный хлорид водорода и хлористый нитрозил барботируют через слой циклогексана, в который погружена ртутная лампа (фотоинициирование).

Процесс фирмы «Байер»

По этой схеме анилин получают обычным методом – восстановлением нитробензола:

Гидрирование анилина в циклогексиламин проводится на никельхромовом катализаторе при 433-523 К и 10,0-16,0 МПа. Гидролиз циклогексиламина осуществляют водяным паром на никельхромовом или медном катализаторе при атмосферном давлении и температуре 433 К. Циклогексанол далее превращается в капролактам обычным способом.

Процесс фирмы "СНИА Вискоза".

Процесс осуществляют согласно схеме

Толуол окисляют воздухом при 423-443 К в присутствии органических солей кобальта. Бензойную кислоту выделяют и гидрируют при температуре ~ 423 К и 1,0 МПа, в качестве катализатора применяют палладий на угле.

Как видно из приведенных схем, производство капролактама из фенола и циклогексана включает стадию получения циклогексанона.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: