stringtranslate.com

Акрилонитрил

Акрилонитрил представляет собой органическое соединение с формулой CH 2 CHCN и структурой H 2 C=CH-C≡N . Это бесцветная летучая жидкость. Имеет резкий запах чеснока или лука. [4] Его молекулярная структура состоит из винильной группы ( -CH=CH 2 ), связанной с нитрилом ( -C≡N ). Это важный мономер для производства полезных пластмасс , таких как полиакрилонитрил . Он реактивен и токсичен в низких дозах. [5]

Акрилонитрил является одним из компонентов АБС-пластика (акрилонитрил-бутадиен-стирол) . [6]

Структура и основные свойства

Акрилонитрил представляет собой органическое соединение с формулой CH 2 CHCN и структурой H 2 C=CH-C≡N . Это бесцветная летучая жидкость, хотя коммерческие образцы могут иметь желтый цвет из-за примесей . Имеет резкий запах чеснока или лука. [4] Его молекулярная структура состоит из винильной группы ( -CH=CH 2 ), связанной с нитрилом ( -C≡N ). Это важный мономер для производства полезных пластмасс , таких как полиакрилонитрил . Он реактивен и токсичен в низких дозах. [5]

Производство

Акрилонитрил был впервые синтезирован французским химиком Шарлем Муре в 1893 году. [ 7] Акрилонитрил производится каталитическим аммоксидированием пропилена , также известным как процесс SOHIO . В 2002 году мировые производственные мощности оценивались в 5 миллионов тонн в год, а к 2017 году они вырастут примерно до 6 миллионов тонн. [ 9 ] Ацетонитрил и цианистый водород являются важными побочными продуктами, которые перерабатываются для продажи. [5] Фактически дефицит ацетонитрила в 2008–2009 гг. был вызван снижением спроса на акрилонитрил. [10]

2 CH 3 −CH=CH 2 + 2 NH 3 + 3 O 2 → 2 CH 2 =CH−C≡N + 6 H 2 O

В процессе SOHIO пропилен , аммиак и воздух (окислитель) пропускают через реактор с псевдоожиженным слоем , содержащий катализатор, при температуре 400–510 °C и давлении 50–200 кПа изб . Реагенты проходят через реактор только один раз, а затем гасятся в водной серной кислоте. Излишки пропилена, оксида углерода, диоксида углерода и диазота, которые не растворяются, выбрасываются непосредственно в атмосферу или сжигаются. Водный раствор состоит из акрилонитрила, ацетонитрила, синильной кислоты и сульфата аммония (из избытка аммиака). Колонна рекуперации удаляет основную массу воды, а акрилонитрил и ацетонитрил разделяют перегонкой. Одним из первых полезных катализаторов был фосфомолибдат висмута ( Bi 9 PMo 12 O 52 ) , нанесенный на кремнезем. [11] С тех пор были внесены дальнейшие улучшения. [5]

Альтернативные маршруты

Различные пути получения акрилонитрила в зеленой химии изучаются из возобновляемого сырья, такого как лигноцеллюлозная биомасса , глицерин (из производства биодизеля ) или глутаминовая кислота (которая сама может быть произведена из возобновляемого сырья). Лигноцеллюлозный путь включает ферментацию биомассы до пропионовой кислоты и 3-гидроксипропионовой кислоты , которые затем превращаются в акрилонитрил путем дегидратации и аммоксидирования . [12] [9] Путь глицерина начинается с его дегидратации до акролеина , который подвергается аммоксидированию с образованием акрилонитрила. [13] Путь глутаминовой кислоты включает окислительное декарбоксилирование до 3-цианопропановой кислоты с последующим декарбонилированием-элиминированием до акрилонитрила. [14] Из них путь с глицерином широко считается наиболее жизнеспособным, хотя ни один из этих «зеленых» методов не является коммерчески конкурентоспособным. [12] [13]

Использование

Акрилонитрил используется в основном в качестве мономера для получения полиакрилонитрила , гомополимера или нескольких важных сополимеров , таких как стирол-акрилонитрил (SAN), акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), акрилонитрилстиролакрилат (ASA) и другие синтетические каучуки , такие как акрилонитрилбутадиен. (НБР). Гидродимеризация акрилонитрила [15] [16] дает адипонитрил , используемый в синтезе некоторых нейлонов :

2 CH 2 =CHCN + 2 e − + 2 H + → NCCH 2 −CH 2 −CH 2 −CH 2 CN

Акрилонитрил также является прекурсором при производстве акриламида и акриловой кислоты . [5]

Синтез химических веществ

Гидрирование акрилонитрила является одним из путей получения пропионитрила. Гидролиз серной кислотой дает сульфат акриламида CH=CHC(O)NH 2 ·H 2 SO 4 . Эту соль можно превратить в акриламид при обработке основанием или в метилакрилат при обработке метанолом . [5]

Реакция акрилонитрила с протонными нуклеофилами является распространенным путем получения множества специальных химических веществ. Этот процесс называется цианоэтилированием :

YH + H 2 C=CHCN → Y−CH 2 −CH 2 CN

Типичными протонными нуклеофилами являются спирты , тиолы и особенно амины . [17]

Акрилонитрил и его производные, такие как 2-хлоракрилонитрил, являются диенофилами в реакциях Дильса-Альдера .

Влияние на здоровье

Акрилонитрил умеренно токсичен , ЛД50 = 81 мг/кг (крысы). Подвергается взрывной полимеризации . При горении материала выделяются пары цианистого водорода и оксидов азота . Международное агентство по исследованию рака (IARC) классифицирует его как канцероген класса 2B (возможно, канцерогенный) [18] , и у рабочих, подвергающихся воздействию высоких уровней переносимого по воздуху акрилонитрила, рак легких диагностируется чаще, чем у остального населения. [19] Акрилонитрил является одним из семи токсических веществ в сигаретном дыме, которые наиболее связаны с канцерогенезом дыхательных путей . [20] Механизм действия акрилонитрила, по-видимому, включает окислительный стресс и окислительное повреждение ДНК. [21] Акрилонитрил увеличивает рак в тестах с высокими дозами у самцов и самок крыс и мышей [22] и индуцирует апоптоз в мезенхимальных стволовых клетках пуповины человека . [23]

Он быстро испаряется при комнатной температуре (20 °C), достигая опасных концентраций; Непосредственными последствиями этого воздействия являются раздражение кожи , дыхательных путей и глаз. [24] Пути воздействия на человека включают выбросы , выхлопные газы автомобилей и сигаретный дым , которые могут непосредственно подвергнуть воздействию человека, если он вдыхает или курит. Пути воздействия включают ингаляционное, пероральное и, в определенной степени, попадание через кожу (проверено на людях-добровольцах и в исследованиях на крысах). [25] Повторное воздействие вызывает сенсибилизацию кожи и может привести к повреждению центральной нервной системы и печени . [24]

Существует два основных процесса выведения акрилонитрила. Основным методом является выведение с мочой, когда акрилонитрил метаболизируется путем прямого конъюгирования с глутатионом . Другой метод заключается в том, что акрилонитрил ферментативно превращается в 2-цианоэтиленоксид, в результате чего образуются цианидные конечные продукты, которые в конечном итоге образуют тиоцианат , который выводится через мочу. [25] Таким образом, воздействие можно обнаружить с помощью взятия проб крови и мочи. [18]

Инциденты

После сильного землетрясения 17 августа в Турции произошла утечка большого количества акрилонитрила (около 6500 тонн) с завода промышленных полимеров, принадлежащего компании « Акса Акрилик» . Пострадало более 5000 человек, а подвергшиеся воздействию животные погибли. [26] Утечка была замечена компанией только через 8 часов после инцидента. Медицинские работники не знали о влиянии акрилонитрила на здоровье и пытались лечить пострадавших обезболивающими и внутривенными жидкостями. [27] Адвокат Айше Акдемир подала в суд на компанию, истцами выступили 44 семьи. [27] На Акса Акрилик подали в суд 200 жителей, пострадавших от акрилонитрила. [28] Увеличение случаев рака в этом районе было подтверждено Турецкой медицинской ассоциацией , [28] поскольку уровень заболеваемости раком в пострадавшем районе увеличился на 80% с 1999 по апрель 2002 года . [27] В 2003 году владелец Акса Акрилик умерла от рака легких, вызванного воздействием акрилонитрила. [27] По состоянию на 2001 год это крупнейшая известная утечка акрилонитрила. [26]

Вхождение

Акрилонитрил не образуется на Земле естественным путем. Он был обнаружен на уровне субчастей на миллион на промышленных объектах. На воздухе сохраняется до недели. Он разлагается в результате реакции с кислородом и гидроксильным радикалом с образованием формилцианида и формальдегида . [29] Акрилонитрил вреден для водной флоры и фауны . [24] Акрилонитрил был обнаружен в атмосфере Титана , спутника Сатурна . [30] [31] [32] Компьютерное моделирование показывает, что на Титане существуют такие условия, что это соединение может образовывать структуры, подобные клеточным мембранам и пузырькам на Земле, называемые азотосомами. [30] [31]

Рекомендации

  1. ^ abcdefgh Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0014». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  2. ^ "Акрилонитрил_msds".
  3. ^ аб «Акрилонитрил». Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ ab «Руководство по медицинскому применению акрилонитрила». Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний . Проверено 10 июня 2020 г.
  5. ^ abcdefg Браздил, Джеймс Ф. «Акрилонитрил». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a01_177.pub3. ISBN 978-3527306732.
  6. ^ Кампо, Э. Альфредо (01 января 2008 г.), Кампо, Э. Альфредо (редактор), «1 - Полимерные материалы и свойства», Выбор полимерных материалов , Библиотека дизайна пластмасс, Норвич, Нью-Йорк: William Andrew Publishing, стр. 1–39, doi : 10.1016/b978-081551551-7.50003-6, ISBN 978-0-8155-1551-7, получено 20 ноября 2023 г.
  7. ^
    • Муре, К. (1893). «Вклад в изучение акриловой кислоты и ее производных». Анналы химии и телосложения . 7-й. 2 : 145–212.См. особенно стр. 187–189 («Нитрил-акрилик или виниловый цианур (пропен-нитрил)»).
    • Муре, К. (1893). «Нитрил-акрилик, цианур де винил (пропен-нитрил)» [Акриловый нитрил, винилцианид (пропеннитрил)]. Бюллетень Химического общества Франции . 3-й. 9 : 424–427.
  8. ^ «Акрилонитриловый процесс Сохио». Национальные исторические химические достопримечательности Американского химического общества. Архивировано из оригинала 23 февраля 2013 г. Проверено 13 мая 2013 г.
  9. ^ аб Дэйви, Стивен Г. (январь 2018 г.). «Устойчивое развитие: новый путь к акрилонитрилу». Обзоры природы Химия . 2 (1): 0110. doi : 10.1038/s41570-017-0110 .
  10. ^ Талло, А. (2008). «Растворитель высыхает». Новости химии и техники . 86 (47): 27. doi :10.1021/cen-v086n047.p027.
  11. ^ Грасселли, Роберт К. (2014). «Изоляция сайтов и фазовое сотрудничество: две важные концепции селективного окислительного катализа: ретроспектива». Катализ сегодня . 238 : 10–27. дои : 10.1016/j.cattod.2014.05.036.
  12. ^ аб Грасселли, Роберт К.; Трифиро, Ферруччо (2016). «Акрилонитрил из биомассы: еще далек от устойчивого процесса». Темы катализа . 59 (17–18): 1651–1658. дои : 10.1007/s11244-016-0679-7. ISSN  1022-5528. S2CID  99550463.
  13. ^ аб Герреро-Перес, М. Ольга; Баньярес, Мигель А. (2015). «Показатели акрилонитрила: биомасса и нефтехимический путь». Катализ сегодня . 239 : 25–30. дои : 10.1016/j.cattod.2013.12.046. ISSN  0920-5861.
  14. ^ Ленотр, Жером; Скотт, Элинор Л.; Франссен, Морис ЧР; Сандерс, Йохан ПМ (2011). «Биологический синтез акрилонитрила из глутаминовой кислоты». Зеленая химия . 13 (4): 807. doi : 10.1039/c0gc00805b. ISSN  1463-9262.
  15. ^ Эллис, Пол Дж. (1972). Радиационно-химическое исследование гидродимеризации акрилонитрила . Великобритания: Университет Лидса, докторская диссертация.
  16. ^ Бакстон, Джордж В.; Эллис, Пол Г.; Маккиллоп, Томас Ф.В. (1979). «Импульсное радиолизное исследование акрилонитрила в водном растворе». Дж. Хим. Соц., Фарадей Транс. 1 . 75 : 1050. дои : 10.1039/f19797501050.
  17. ^ Эллер, Карстен; Хенкес, Эрхард; Россбахер, Роланд; Хёке, Хартмут (2000). «Амины алифатические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_001. ISBN 978-3527306732.
  18. ^ ab «Переоценка некоторых органических химикатов, гидразина и перекиси водорода». Монографии МАИР, том 71 (1999 г.)
  19. ^ Информационный бюллетень по акрилонитрилу (№ CAS 107-13-1). epa.gov
  20. ^ Каннингем Ф.Х., Фибелкорн С., Джонсон М., Мередит К. Новое применение подхода предела воздействия: сегрегация токсикантов табачного дыма. Пищевой химический токсикол. Ноябрь 2011 г.;49(11):2921-33. doi: 10.1016/j.fct.2011.07.019. Epub 2011, 23 июля. PMID  21802474.
  21. ^ Пу X, Камендулис Л.М., Клауниг Дж.Э. Вызванный акрилонитрилом окислительный стресс и окислительное повреждение ДНК у самцов крыс Спраг-Доули. Токсикол Науч. 2009;111(1):64-71. doi: 10.1093/toxsci/kfp133
  22. ^ «Акрилонитрил: база данных канцерогенной активности» .
  23. ^ Сан, X. (январь 2014 г.). «Цитотоксическое действие акрилонитрила на мезенхимальные стволовые клетки пуповины человека in vitro». Отчеты о молекулярной медицине . 9 (1): 97–102. дои : 10.3892/ммр.2013.1802 . ПМИД  24248151.
  24. ^ abc «CDC - Акрилонитрил - Международные карты химической безопасности» . www.cdc.gov . НИОШ . Проверено 31 июля 2015 г.
  25. ^ ab Информационный бюллетень по акрилонитрилу: вспомогательный документ (CAS № 107-13-1). epa.gov
  26. ^ Аб Нади Бакырджи (2001). «ENDÜSTRIYEL BİR ÇEVRE FELAKETİ: AKRILONITRIL» [КАТАСТРОФА ПРОМЫШЛЕННОЙ СРЕДЫ: АКРИЛОНИТРИЛ]. Турецкая медицинская ассоциация .
  27. ^ abcd Фатма Далокай (30 ноября 2020 г.). «17 августа 1999 г. Depremi: Акрилонитрил Зехирленмеси» [Землетрясение 17 августа 1999 г.: отравление акрилонитрилом]. Табелла .
  28. ^ ab "ISO'nun şaşırtan çevre ödülü Aksa'nın". Хюрриет . 26 июня 2005 г.
  29. ^ Грожан, Даниэль (декабрь 1990 г.). «Атмосферная химия токсичных примесей. 3. Ненасыщенные алифатические соединения: акролеин, акрилонитрил, малеиновый ангидрид». Журнал Ассоциации управления воздухом и отходами . 40 (12): 1664–1669. Бибкод : 1990JAWMA..40.1664G. дои : 10.1080/10473289.1990.10466814.
  30. ^ Аб Уолл, Майк (28 июля 2017 г.). «Титан, спутник Сатурна, имеет молекулы, которые могут помочь в создании клеточных мембран». Space.com . Проверено 29 июля 2017 г.
  31. ^ Аб Палмер, Морин Ю.; и другие. (28 июля 2017 г.). «Обнаружение ALMA и астробиологический потенциал винилцианида на Титане». Достижения науки . 3 (7): e1700022. Бибкод : 2017SciA....3E0022P. doi : 10.1126/sciadv.1700022. ПМЦ 5533535 . ПМИД  28782019. 
  32. ↑ Каплан, Сара (8 августа 2017 г.). «На этой странной луне Сатурна есть некоторые важные ингредиенты для жизни». Вашингтон Пост . Проверено 8 августа 2017 г.

Внешние ссылки