Вопросы для самопроверки:

1. Напишите реакцию гидратации ацетилена.

2. От чего зависит скорость гидратации ацетилена?

3. Назовите технологический режим гидратации ацетилена в промышленности.

Лабораторная работа № 6 Получение капролактама

Цель работы

Изучение реакции оксимирования циклогексанона, выделение циклогексаноноксима, определение его температуры плавления и составление материального баланса опыта.

Капролактам является циклическим амидом - аминокапроновой кислоты. Он производится в крупных масштабах и почти це­ликом перерабатывается в поликапроамид:

Из поликапроамида вырабатывают капроновое волокно, ко­торое благодаря своим превосходным физико-механическим свой­ствам находит широкое применение для получения различных ти­пов тканей, рыболовных сетей, канатов и т. д.

Оксимирование циклогексанона гидроксиламином

В промышленности циклогексанон оксимируют водным раствором гидроксиламинсульфата, содержащим 4-5% NH₂OH:

Для смещения равновесия вправо берут небольшой избыток (5-7%) гидроксиламинсульфата и после смешения реагентов в реакционную массу вводят аммиак для связывания кислоты и поддержания рН среды в пределах 6,2 - 6,8. Процесс проводят при 70 - 85 °С и атмосферном давлении.

Выполнение работы

Реактивы

Циклогексанон (свежеперегнанный) 29,5 г

Гидроксиламин солянокислый 31,3 г

Ацетат натрия 30,4 г

Дистиллированная вода 400 мл

Циклогексанон оксимируют гидроксиламином на установке. Перед началом опыта проверяют правильность сборки и герметичность всех соединений установ­ки, надежность работы механической мешалки и реле-регулято­ра. Готовят растворы солянокислого гидроксиламина и ацетата натрия.

В 160 мл дистиллированной воды растворяют 31,3 г гидрок­силамина солянокислого и 30,4 г ацетата натрия. Полученный раствор загружают в реактор, включают мешалку и обогрев во­дяной бани и подают воду в обратный холодильник. Раствор на­гревают до 60 °С и при этой температуре и энергичном переме­шивании добавляют из капельной воронки 29,5 г циклогексано­на. После окончания прибавления циклогексанона реакционную смесь продолжают перемешивать еще в течение 30 мин, поддер­живая температуру 60 °С. Затем смесь охлаждают до 5°С, вы­павшие кристаллы циклогексаноноксима отсасывают на воронке Бюхнера и промывают 200 мл холодной ( 5°С) дистиллирован­ной воды. Кристаллы переносят на фильтровальную бумагу, от­жимают и сушат в вакуум-эксикаторе до постоянной массы. Оп­ределяют массу и температуру плавления полу­ченного циклогексаноноксима и составляют материальный ба­ланс опыта.

Перегруппировка циклогексаноноксима в капролактам

Перегруппировка циклогексаноноксима в капролактам, как и других оксимов в замещенные амиды карбоновых кислот (бекмановская перегруппировка), протекает в присутствии сильных минеральных кислот (серной кислоты, олеума и др.) или хлорангидридов, обладающих кислотными свойствами (например, РСl₅). Реакция протекает по ионному механизму и может быть пред­ставлена следующей схемой:

Благоприятное влияние на скорость перегруппировки оказы­вает как повышение кислотности среды, так и температуры ре­акции. В промышленности перегруппировку циклогексанонокси­ма в капролактам проводят при 100 - 115°С в присутствии 20% олеума и при массовом отношении оксима к олеуму, равном 1: (1,1-1,3).

Цель работы

Изучение реакции бекмановской перегруппировки циклогекса­ноноксима в капролактам; выделение капролактама, определе­ние его температуры плавления и составление материального ба­ланса опыта.

Выполнение работы

Реактивы

Циклогексаноноксим (из первой стадии) 22,6 г

Серная кислота концентрированная ( = 1,836) 70 г

Гидроксид натрия, 30%-ный водный раствор 200 мл

Трихлорэтилен 150 мл

Дистиллированная вода 200 мл

Перегруппировку циклогексаноноксима в капролактам прово­дят на той же установке, что и оксимирование циклогексанона, только водяную баню заменяют электро­нагревателем и контактный термометр 7 устанавливают на место термометра 6. Перед началом работы проверяют правильность сборки и герметичность всех соединений установки.

Готовят раствор циклогексаноноксима в серной кислоте. Для этого в стакан из термостойкого стекла емкостью 200 мл наливают 40 г концентрированной серной кислоты, в кислоту опуска­ют термометр и охлаждают ее на водо-ледяной бане до 15 °С. К охлажденной кислоте при перемешивании (осторожно! происходит сильный разогрев раствора) добавляют небольшими порциями 22,6 г циклогексаноноксима, не допуская повышения температуры раствора более 25 °С. Каждую последующую пор­цию циклогексаноноксима прибавляют только после полного ра­створения предыдущей.

В реактор загружают 30 г концентрированной серной кисло­ты, включают мешалку, электронагреватель и подают воду в об­ратный холодильник. Температуру в реакторе с помощью кон­тактного термометра и реле-регулятора поддерживают 120 °С и при этой температуре подают раствор циклогексаноноксима. После окончания прибавления раствора циклогексаноноксима ре­акционную массу нагревают еще в течение 30 мин при 125 - 130 °С. Затем электронагреватель выключают и удаляют.

Реакционную массу охлаждают на водяной бане до 20 °С и, энергично перемешивая содержимое, в реактор из капельной во­ронки осторожно добавляют 30%-ный раствор гидроксида нат­рия до полной нейтрализации кислоты (по лакмусовой бумаге), взятой на перегруппировку. Температуру реакционной массы в процессе нейтрализации поддерживают с помощью водяной бани около 20°С. По окончании нейтрализации осадок отделяют на воронке Бюхнера и промывают 50 мл трихлорэтилена. Из фильт­рата (лактамного масла) трихлорэтиленом экстрагируют капро-лактам (добавляя по 30 мл трихлорэтилена три раза. Затем трихлорэтиленовые вытяжки объединяют и реэкстрагируют капролактам дистиллированной водой (три раза по 70 мл воды). Водяные вытяжки сливают в предварительно взвешенную на технических весах фарфоровую чашку и на кипящей водяной бане упарива­ют воду до постоянной массы капролактама. После удаления воды капролактам охлаждают до комнатной температуры, определя­ют его массу и температуру плавления и составля­ют материальный баланс опыта.