己二酸

一种有机二元酸

己二酸(Adipic Acid)是一种 有机化合物 ,俗称肥酸, 分子式 为C 6 H 10 O 4 , 白色晶体 ,酸性很弱。微溶于水,溶于 乙醇 、 乙醚 、 丙酮 等。 己二酸能够发生 酯化反应 、 氨化反应 ,并能与二元胺或 二醇 缩聚成 有机高分子化合物 聚合物等。 工业上主要采用3种工艺生产己二酸,即 环己 工艺、 环己烯 工艺和 苯酚 工艺。 己二酸在工业上是具有重要应用价值的 二元羧酸 ,其主要用途包括 尼龙 、非尼龙产品。除此之外己二酸还应用于生物医药、农药、 食品酸化剂 、不饱和聚 树脂等领域。

结构

己二酸中, 羧基 呈sp 2 杂化,三条 杂化轨道 处于同一平面,键角大约为120 ° ,其中一条杂化轨道与羧基上的氧成 键,一条与 烃基 碳呈 键,羧基碳上还剩一条p轨道,与羧基上的氧的p轨道经侧面 重叠 形成 键。

理化性质

物理性质

己二酸为白色结晶型无臭固体, 结构简式 为 HOOCCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 COOH,密度1.36g/cm 3 , 摩尔质量 为146.14g/ 摩尔 , 熔点 151-154 °C, 沸点 265 °C,闪点196°C,己二酸在水中的溶解度随温度变化较大,当溶液温度由28℃升至78℃时,其溶解度可增大20倍,15℃时溶解度为1.44g/100mL,25℃时溶解度为2.3g/100mL,100℃时溶解度为160g/100mL。溶于 乙醇 、 乙醚 、 丙酮 等。

化学性质

己二酸性质稳定,低毒,酸性很弱,属于 可燃物 ,其粉尘可能与空气形成爆炸性 混合物 。己二酸能够发生 酯化反应 、 氨化反应 ,并能与二元胺或 二醇 缩聚成 有机高分子化合物 聚合物等。

酯化

己二酸与醇类物质作用时,生成单酯和双酯。

氨化

己二酸与 氨 作用,先生成己二酸单 酰胺 ,后面相应地生成 - 己腈 酸和 己二腈 ;使用 镍钴 催化剂 又可以将己二 还原为 己二胺 。

缩合

己二酸与 己二醇 作用时得到下列线性聚合物。

己二酸与己二胺作用得到线型 聚酰胺 。

环化 (脱羧)

在225°C下己二酸慢慢分解为 环戊酮 ,300°C下己二酸定量转换为环戊 。

卤代

己二酸与 氯化亚砜 作用时,会生成 己二酸酰氯 ;后者与 氯 或 溴 作用可生成2-氯或2-溴及2,5-二卤代 衍生物 。碘代衍生物一般不能直接生成,一般通过溴代酯与 碘化钠 的 置换反应 得到。

生产工艺

KA油

用 脂肪酸 钴 或 锰 盐作 催化剂 ,于120~140℃和18~24 大气压 下通入空气,先将 环己烷 氧化生成KA油,再用60%左右的 硝酸 ,在铜盐和钒盐催化剂存在下进一步氧化生成己二酸。

KA油法工艺技术成熟,应用广泛,碳资源利用率较高,主要副产物有 琥珀酸 和 戊二酸 ,产品易分离,纯度高,但是该工艺过程复杂,反应条件苟刻,能量消耗较高,合成KA油 单程转化率 较低,严重制约了该工艺的发展。

环己烯法

在催化剂作用下, 苯 发生部分加氢反应生成环己稀,苯的转化率和环己稀的选择性分别达到40%和80%以上。在 沸石 分子筛 催化 作用下,环己稀水合生成 环己醇 ,环己稀的转化率和环己醇的选择性分别为10%和99%以上。最后,环己醇经 硝酸 氧化生成己二酸。

与传统的KA油法相比,环己烯法的优势在于提高了产品 收率 ,反应过程具有较高的工艺安全性,并且降低了 氢气 的消耗量。

苯酚法

苯酚法是先将苯酚 氢化 生成环己醇,再经硝酸氧化,先生成 环己酮 ,最后得到己二酸。

此法优势在于技术成熟、产品纯度高、设备耗材少。

丁二烯烃法

为扩大原料来源,可用 丁二烯 为原料,与氯进行1,4加成,得到1,4-二氯-2- 丁烯 ,然后与 氰化钠 反应,得到二 氰化物 , 水解 、加氢,得到己二酸。

生物法

利用 大肠杆菌 可以将D- 葡萄糖 转化成顺、顺- 粘康酸 ,然后再加氢生成己二酸。在此基础上,又提出用从好氧脱硝菌株中分离出来的一种基因簇对酶进行编码,从而得到 环己醇 转化成己二酸的合成酶,该合成酶在合适的生长条件下将环己醇选择性转化成己二酸。

D- 葡萄糖 可以在酶的 催化 下转变为 儿茶酚 ,儿茶酚进一步转化为顺,顺己二烯二酸(实验室条件下可以用AB2834 为 催化剂 合成 DHS ;DHS脱水产生 原儿茶酸 。原儿茶酸去 506-87-6 基生成 儿茶酚 ,儿茶酚在儿茶酚 过氧化 酶的 催化 作用下转化为顺,顺 己二烯 二酸 ),顺,顺己二烯二酸再经 氢化 制备己二酸。

采用酶催化法,可以避免使用对环境有危害的化学品,不产生大气污染物,而且反应条件温和。

用途

己二酸的主要用途是和 己二胺 缩聚生产 聚酰胺 类 合成纤维 聚己二酰己二胺 。 等物质量的己二酸和己二胺先合成 尼龙-66盐 ,之后在 氮气 下于200-250°C进行缩聚,进而生成 PA66塑料 。

己二酸也用于生产各种 酯类 ,其中大部分作为 塑化剂 ,一小部分用作高级润滑油。己二酸的高级酯可作 聚氯乙稀 及其 共聚物 、天然和 合成橡胶 、 PS塑料 和 纤维素衍生物 的 塑化剂 ,这类己二酸酯与聚合物有良好相容性与耐低温性能。大量己二酸酯用于食品包装,薄膜和绝缘用的 PVC材料 ;己二酸合成的许多酯是非常重要的合成 润滑剂 ;己 二酸 还用于生产许多线型 聚酯 ,已二酸聚酯最重要的用途是生产 聚 氨基甲酸酯 弹性体 。

己二酸还用于各种食品和饮料的 酸化剂 (其作用超过 柠檬酸 和 酒石酸 等其他酸化剂),皮革工业中的 鞣剂 ,清洁剂生产中的pH调节剂, 饮用水 消毒药丸中的造粒剂,烟气 硫化 中的添加剂,洗碗机片剂的 涂层 以及化学品中的添加剂等。

安全事宜

安全标志

GHS 分类

毒理学资料

大鼠经口 LD 50 5.05 g/kg。

ADI (Acceptable Daily Intake 每日允许摄入量)为 0~0.005 g/kg(游离酸根)。

弗朗西斯·凯尔西 (Food and Drug Administration 国家食品药品监督管理总局 )将其认定为一般公认安全物质。

燃爆危险

己二酸是一种可燃烧的物质,当该物质以粉末或颗粒状与空气混合可能发生 粉尘爆炸 。若该物质发生火灾可用水喷灭或者使用 二氧化碳 和 泡沫灭火器 灭火。

环境危害

己二酸对水体和大气会造成污染,对鱼类和 藻类 有轻微至中度毒性。

急救措施

吸入己二酸会导致人咳嗽、 呼吸困难 、咽喉疼痛,此时需将人移至新鲜空气处,就医。

食入己二酸及时 漱口 ,然后就医。

皮肤接触己二酸会使皮肤发红,此时需脱掉被污染的衣服,用大量水清洗。

眼睛接触己二酸会使人眼睛发红,此时用大量水清洗,就医。

贮存运输

己二酸性质稳定,低毒,不 潮解 ,应贮存于阴凉、通风、干燥、清洁的仓库内。运输时应防雨防尘,装卸时不准抛掷和使用铁器,以免破损。

参考资料

  1. Adipic Acid PubChem 2022-12-02
  2. Adipic Acid CAMEO Chemicals 2022-12-02