11.1.8. Получение α-пирролидона

α-Пирролидон является мономером для синтеза полиамида-4. Полиамид-4 получают анионной полимеризацией пирролидона:

Впервые полиамид-4 был получен Барнсом в 1951 г. путем анионной полимеризации -пирролидона в присутствии щелочного катализатора. Барнс синтезировал полимер со стабильными конечными группами, высокой молекулярной массой и узким молекулярно-массовым распределением. Это дало возможность вырабатывать из полимера волокно прядением как из раствора, так и из расплава.

По своим свойствам полиамид-4 мало отличается от полиамида-6, однако он имеет более высокое влагопоглощение (9,5%), сравнимое с влагопоглощением хлопкового волокна, и более высокую температуру плавления – 523-533 К. Полиамид-4 удачно сочетает в себе свойства синтетических и натуральных волокон, прежде всего высокую прочность (~4,5 г/денье), высокую гидрофильность, хорошую накрашиваемость, низкую электризуемость.

Полиамид-4 применяют для изготовления тканей, одежды, трикотажа, белья, автомобильных ковриков, искусственной кожи, упаковочной пленки и т.д.

На основе -пирролидона получают также препараты поливинилпирролидона, обладающие (каждый в своем классе) уникальными характеристиками.

Впервые -пирролидон был получен Шпетом и Линтнером в 1936г. взаимодействием -бутиролактона с аммиаком при 473-503 К. Реакция в этих условиях протекает до образования -гидроксибутирамида. При повышении температуры до 503 К происходит дегидратация последнего в -пирролидон:

Аминирование -бутиролактона

В настоящее время -пирролидон также получают из -бутиролактона и аммиака. Процесс осуществляют при повышенной температуре в среде аммиака под давлением или в водном растворе аммиака в отсутствие катализатора, а также в присутствии катализаторов: оксида алюминия, борфосфата, цеолитов, иода и его соединений.

Аминирование -бутиролактона проводят над дегидратирующим катализатором (Аl₂О₃) в паровой фазе при 523 К в токе аммиака. В результате образуется -пирролидон с выходом не более 50%.

Более высокой активностью обладают цеолиты. При 533 К и соотношении парциальных давлений аммиака и -бутиролактона более 3 селективность процесса по -пирролидону достигает 90%.

Значительно большее практическое значение приобрели процессы некаталитического синтеза -пирролидона из -бутиролактона.

Некаталитический синтез -пирролидона

В промышленном масштабе аминирование -бутиролактона впервые было осуществлено в годы Второй мировой войны в Германии (фирмой БАСФ) и позднее в США и Франции. Разработаны непрерывный и периодический методы получения -пирролидона.

По непрерывному способу технология получения -пирролидона включает в себя предварительную стадию образования амида -гидроксимасляной кислоты. Исходные -бутиролактон и сухой аммиак охлаждают при 258 К в аппарате под давлением. В ходе реакции температура повышается до 313 К, а давление – до 0,8-1,0 МПа. -Гидроксибутирамид в расплавленном состоянии проходит через систему подогревателей и поступает в вертикальный реактор, в котором при 553 К и давлении 8,0-9,0 МПа дегидратируется в -пирролидон с выходом 90-95%.

По этой схеме аминирования -бутиролактона работают предприятия фирм "Мицубиси", "Дайниппон Инк." и др.