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]
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]
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]
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]
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]
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 :
Акрилонитрил также является прекурсором при производстве акриламида и акриловой кислоты . [5]
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 :
Типичными протонными нуклеофилами являются спирты , тиолы и особенно амины . [17]
Акрилонитрил и его производные, такие как 2-хлоракрилонитрил, являются диенофилами в реакциях Дильса-Альдера .
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]
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]
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]