Способ получения капролактамата натрия

 

Использование: капралактамат натрия, катализаторы анионной полимеризации лактамов. Сущность изобретения: капролактамат натрия получают металлированием гидридом натрия ε-капролактама в среде апротонного растворителя при 20-80 °С и перемешивании в течение 2-5 ч, при этом используют смешанный гидрид алюминия и натрия, выбранный из группы NaH·AlH₃, NaH·(AlH₃)₂ : (NaH)₃·AlH₃. Продукт отделяют, упаривают, сушат в вакууме. 2 табл.

Изобретение относится к способам получения капролактамата натрия, используемого в качестве катализатора анионной полимеризации лактамов, для получения поликапрамида и его сополимеров.

Известен способ (1) получения капролактамата натрия, взаимодействием металлического натрия с капролактаматом при 100-120^оС Na+KлH __→ NaKл+0,5H₂ где Kл=H=0 . Этот способ при его кажущейся простоте имеет ряд недостатков. Помимо пожароопасности выделяющийся водород частично восстанавливает лактам до циклогексилимина, циклогексанола и других соединений, которые в целом снижают каталитическую активность капролактамата натрия. Следствием этого является невоспроизводимость ряда физико-химических и прочностных характеристик поликапрамида.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ получения (2) капролактамата натрия взаимодействием гидрида натрия с капролактамом по реакции в среде органических растворителей NaH+H=0 __→ NA=0+H Однако и этот способ не лишен недостатков.

Гидрид натрия, получаемый в СССР, по чистоте не превышает 90%. Значительную часть примесей составляют алкильные производные натрия, которые являются инициаторами протекания побочных реакций, с образованием различных продуктов восстановления и конденсации, снижающих каталитическую активность капролактамата натрия.

Целью изобретения является способ получения капролактамата натрия.

Поставленная цель достигается тем, что для получения капролактамата натрия используют смешанный гидрид натрия и алюминий, выбранный из группы NaH˙AlH₃, NaH˙ (AlH₃)₂ или (NaH)₃ ˙AlH₃, а в качестве растворителя применяют диэтиловый эфир.

Исходные гидриды NaH˙AlH₃, NaH ˙(AlH₃) или (NaH)₃ ˙AlH₃ получают по известному способу (3).

Химический анализ полученных смешанных гидридов представлен ниже.

Найдено,%: Na 42,3; Al 49,5; H 7,25.

NaH ˙AlH₃ Вычислено,%: Na 42,5; Al 50; H 7,4.

Найдено,%: Na 27,5; Al 70,9; H 7,3.

NaH ˙(AlH₃)₂ Вычислено,%: Na 27,3; Al 71,4; H 7,2.

Найдено,%: Na 70,72; Al 25,9; H 5,85.

(NaH)₃ ˙AlH₃ Вычислено,%: Na 70,6; Al 26,5; H 5,92.

Затем полученные исходные смешанные гидриды NaH ˙(AlH₃)_nиспользуют для получения капролактамата натрия.

Взаимодействие их с ε-капролактамом проводят в среде диэтилового эфира, при комнатной температуре и перемешивании по реакции при соотношении реагентов: NAH·AlH₃+=0=1:1 NAH·(AlH₃)₂+=0=1:1 (NAH)₃·AlH₃+N=0=1:3 в течение 2-5 ч, осветленный раствор отделяют от осадка упаривают при Т-200^оС/вак.

Процесс отражается уравнениями
NAH·AlH₃+O __→ NAO+AlH₃+H₂ (1)
NAH·(AlH₃)₂+O __→ NAO+2AlH₃+H₂ (2)
(NAH)₃·AlH₃+O __→ NAN-(CH₂)₅-CO+AlH₃+3H₂ (3)
Например, в синтезе по уравнению (1)
к суспензии 2 г (0,0037 моля) NaH ˙AlH₃ в Et₂O дозируют 100 мл раствора Et₂O, содержащего 4,2 г (0,037 моля ε-капролактама).

Реакционную смесь отфильтровывают от NaH˙AlH₃ и упаривают в вакууме при 20^оС. Получено 49 г (98%) капролактамата натрия, представляющего собой белое кристаллическое вещество, расплывающееся на открытом воздухе, поэтому синтезированный капролактамат натрия хранят в закрытых ампулах в атмосфере аргона.

Найдено,%: С 52,5; Н 7,3; N 10,2; Na 16,5.

NAO
Вычислено,%: С 52,9; Н 7,4; N 10,3; Na 16,9.

В табл. 1 и 2 приведены результаты синтеза капролактамата натрия и его физико-химические свойства.

Таким образом, получен капролактамат натрия с выходом 95-98%, чистотой 99,5%. Процесс прост в исполнении и для синтеза используют доступные исходные вещества, позволяющие повысить качество капролактамата натрия, т. е. его каталитическую активность.

Одним из важнейших преимуществ предлагаемого способа является получение в качестве побочного продукта гидрида алюминия, который нейтрализует отрицательное действие Н₂ на получаемый капролактамат натрия, выражающееся в восстановлении капролактамата натрия, что приводит к снижению его каталитической активности. Кроме того, гидрид алюминия используют в качестве реагента для получения исходных водородных соединений алюминия и натрия.

Другим преимуществом рассматриваемого метода по сравнению с прототипом и аналогом состоит в том, что производство капролактамата натрия по предлагаемому способу дает возможность обеспечить выполнение следующих требований:
получить наиболее чистый и высокоэффективный катализатор полимеризации лактаматов;
повысить уровень безотходности за счет сведения к минимум бракованных партий поликапрамида, вследствие повышения чистоты капролактамата натрия, применяемого в качестве катализатора анионной полимеризации при его производстве.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАПРОЛАКТАМАТА НАТРИЯ металлированием Е-капролактама гидридом металла при 20 - 80^oС путем перемешивания в среде апротонного растворителя в течение 2-5 ч, отделения осветленного раствора с последующим упариванием и сушкой в вакууме, отличающийся тем, что в качестве гидрида металла используют смешанный гидрид натрия и алюминия, выбранный из группы NaH · AlH₃, NaH · (AlH₃) или (NaH)₃ · AlH₃, а в качестве растворителя используют диэтиловый эфир.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2