Caprolactam là hợp chất gì? Tổng hợp theo quy trình nào?

Chu Văn An

caprolactam là gì? Đặc điểm chính của caprolactam? Hợp chất này có tham gia phản ứng trùng hợp không? Tất cả những thông tin trên sẽ được LabTrường Chu Văn An lý giải qua bài viết dưới đây.

1. Hợp chất caprolactam là gì?

Caprolactam có cấu trúc vòng lactam và là hợp chất hữu cơ đặc biệt quan trọng trong công nghiệp hóa chất. Bởi vì để sản xuất Nylon – 6, một loại polyme sợi tổng hợp thông dụng, nó dùng làm nguyên liệu chính. Caprolactam tham gia phản ứng trùng hợp tạo ra polyme.

Danh pháp IUPAC: Azepan-2-one.

Tên khác: 1-Aza-2-cycloheptanone, 2-Azacycloheptanone, ε-Caprolactam, Capron PK4, Cyclohexanone iso-oxime, Hexahydro-2-azepinone, Hexahydro-2H-azepin-2-one (9CI), Aminocaproic lactam…

2. Cấu trúc hóa học và tính chất của Caprolactam

2.1. Kết cấu

Công thức hóa học của Caprolactam (ɛ-caprolactam) là C6H11NO. Hợp chất hữu cơ này có cấu trúc hóa học sau: H2N-(CH2)5-CO.

Hình 1: Cấu trúc của hợp chất caprolactam

2.2. Tính chất vật lý

– Dạng Caprolactam hiện có thường ở dạng chất rắn màu trắng.

– Trọng lượng phân tử: 113,160 g/mol.

– Mật độ: 1,01 g/cm3.

– Nhiệt độ nóng chảy: 69,2 độ C tương ứng với 156,6 độ F hay 342,3K.

– Nhiệt độ sôi: 270,8 độ C tương ứng với 519,4 độ F hay 544K.

– Độ hòa tan trong nước ở 22 độ C: 866,89 g/l.

2.3. Tính chất hóa học

Tính chất hóa học của Caprolactam khá đặc biệt. Nó vừa có tính bazơ vừa có thể kết hợp để tạo thành axit hoặc muối. Đồng thời, caprolactam còn có khả năng tạo liên kết oxy và hydro hydro trong phân tử của nó. Điều này làm cho nó hòa tan hoàn toàn trong một số dung môi hữu cơ và nước.

Hình 2. Tính chất hóa học của caprolactam

3. Caprolactam được tổng hợp bằng quá trình nào?

Thông qua phản ứng ngưng tụ axit adipic sẽ diễn ra quá trình tổng hợp caprolactam. Quá trình tổng hợp caprolactam được thực hiện theo các bước sau:

– Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu

+ Axit adipic là nguyên liệu chính cần thiết cho quá trình tổng hợp caprolactam có công thức hóa học HOOC(CH2)4COOH.

+ Dựa vào phản ứng oxi hóa xyclohexan và tạo thành axit adipic.

+ Điều kiện phản ứng cần có nhiệt độ và chất xúc tác.

– Bước 2: Phản ứng ngưng tụ

+ Axit adipic sẽ polyme hóa trong quá trình phản ứng ngưng tụ tạo thành caprolactam có công thức hóa học NH2(CH2)5C(=O)O.

+ Phản ứng này xảy ra trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, chủ yếu được thực hiện trong các thiết bị như lò nung ống.

– Bước 3: Tách, lọc và tái chế sản phẩm của quá trình tổng hợp

+ Caprolactam được tách ra khỏi các chất còn lại trong hỗn hợp phản ứng sau khi kết thúc phản ứng ngưng tụ.

+ Caprolactam có thể được tinh chế và sử dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất sản phẩm công nghiệp hay sợi nylon.

+ Tái chế, xử lý các sản phẩm phụ và chất thải khác đảm bảo an toàn môi trường.

Hình 3: Quá trình tổng hợp tạo Caprolactam

4. Ứng dụng của caprolactam

Caprolactam chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp sợi tổng hợp như nylon-6. Đặc tính của loại sợi tổng hợp này là bền, chống mài mòn và đàn hồi, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng dệt, quần áo, đồng phục cơ quan, lưới truyền động, ống tăng áp và các lĩnh vực khác.

Hình 4: Quần áo làm từ sợi tổng hợp nylon-6

Ngoài ra, tính chất của caprolactam cũng rất đa dạng về mặt ứng dụng. Do đặc tính không bắt lửa và làm đều màu nên nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cao su, nylon 6 và các chất phụ gia hỗn hợp. Caprolactam còn được sử dụng trong sản xuất dược phẩm, thuốc nhuộm và chất chống ô nhiễm môi trường.

Đồng thời, trong sản xuất các linh kiện, chất giúp giảm ma sát, chống cháy và chống ồn, caprolactam còn được sử dụng vì khả năng tạo ra sản phẩm có tính chất cơ lý và chịu nhiệt tốt. Trong ngành mỹ phẩm, Caprolactam không phổ biến và được tìm thấy trong một số sản phẩm nước hoa.

5. Tác động của caprolactam đến môi trường và sức khỏe con người

Tùy theo cách sử dụng và lượng chất này tiếp xúc sẽ xác định được mức độ ảnh hưởng của caprolactam đến môi trường và sức khỏe con người. Một số tác dụng của Caprolactam đối với con người và môi trường cụ thể như sau:

– Đối với môi trường:

+ Trường hợp thải bỏ Caprolactam không đúng cách có thể gây ô nhiễm môi trường. Nó thậm chí có thể gây độc cho môi trường đất và nước nếu không được xử lý đúng cách.

+ Caprolactam có khả năng gây độc cho các loài thủy sản khi tiếp xúc với nước và khiến hệ sinh thái nước bị suy giảm chất lượng.

– Vì sức khỏe con người

+ Khi Caprolactam được sử dụng trong các sản phẩm gia dụng như nhựa, sợi nylon, chất bảo quản thì không bị coi là chất độc hại. Tuy nhiên, kích ứng hoặc dị ứng da có thể xảy ra nếu tiếp xúc trực tiếp với caprolactam ở nồng độ cao hoặc trong thời gian dài.

+ Việc sử dụng và thải bỏ caprolactam phải tuân thủ các quy định, quy trình xử lý chất thải phù hợp, đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người và môi trường. Ngoài ra, các nghiên cứu và giám sát tiềm năng vẫn đang được tiến hành để bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người.

Trên đây là những giải thích về hợp chất caprolactam. Hy vọng các bạn đã có thêm những kiến ​​thức bổ ích về hợp chất này để áp dụng vào cuộc sống.