Винилирование б-пирролидона в промышленных условиях

При проведении реакции а-пирролидона с ацетиленом в больших масштабах для приготовления катализатора используют едкое кали. Однако Реппе, впервые осуществивший винилирование б-пирролидона в промышленности, указывает, что катализатор для этой реакции получается нагреванием б-пирролидона с металлическим калием в инертном растворителе (толуоле) [6].

При приготовлении катализатора из б-пирролидона и едких щелочей выделяющуюся воду отгоняют в виде азеотропной смеси с избытком лактама или с ароматическими углеводородами.

В промышленном масштабе N-винилпирролидон получают винилированием б-пирролидоиа в соответствующих условиях, обеспечивающих гладкое течение процесса. Так, например, необходимо работать в абсолютно безводной среде, поскольку в присутствии воды и при повышенной температуре, при которой осуществляется винилирование, преимущественно происходит омыление б-пирролидона с образованием щелочной соли г-аминомасляной кислоты. Так как вода выделяется при реакции едкого кали с а-пирролидоном, то оба эти вещества предварительно смешивают при температуре 30—40 ⁰С в отдельном аппарате, снабженном мешалкой, и отгоняют реакционную воду в вакууме. Отгонку воды ведут до тех пор, пока вместе с ней в приемник не перейдет 15% пирролидона, взятого в реакцию. Остаток, представляющий собой безводную смесь б-пирролидона и его калиевой соли, подвергаю винилированию.

Вторым важным условием является исключение непосредственного контакта вводимого ацетилена с твердой щелочью, которая при повышенной температуре вызывает разложение ацетилена, сопровождающееся взрывом. Поэтому, особенно в начале процесса, к смеси б-пирролидона со щелочным катализатором прибавляют чистый, свободный от щелочи б-пирролидон предварительно насыщенный под давлением смесью ацетилена и азота (50−60% ацетилена), а затем в реактор вводят смесь обоих газов под давлением 22— 25 атм. Реактор для винилирования представляет собой длинную стальную трубу с внутренним диаметром 20 см, рассчитанную на резкое повышение давления до 200 атм. Нижняя треть реактора обогревается перегретым водяным паром (20 атм.); верхние две трети в зависимости от необходимости. либо нагреваются, либо охлаждаются циркулирующим маслом. У дна реактора имеется шгуцер для ввода жидких и газообразных компонентов; в верхней части реактор снабжен выводом для продуктов реакции. Процесс ведут при температуре 150—170° С и давлении 20—25 атм. Перед пуском реактор продувают азотом, а затем нагревают до необходимой температуры и заполняют смесью б-пирролидона и катализатора. После этого вводят насыщенный ацетиленом б-пирродидон и, наконец, разбавленный азотом ацетилен. Процесс непрерывный и его проводят с такой скоростью, чтобы получаемы продукт содержал 50—60% N-винилпирролидона. Продукт реакции постустает в два сепаратора, где он охлаждается и освобождается от непрореагировавшего ацетилена и азота, которые возвращаются в цикл и затем перегоняется в вакууме (5 мм рт. ст.). Головную фракцию подают на повторную разгонку; основную фракцию, кипящую при 78—85° G и представляющую собой в основном N-винилпирролидон, собирают отдельно; остаток перегоняющийся при температуре выше 85° С и содержащий непрореагировавший б-пирролидон, возвращают на винилирование. Винилпирролидон, перегнанный один раз, недостаточно чист и не дает полностью растворимого в воде полимера. Поэтому мономер повторно перегоняют с добавкой 0, 5—1% едкого кали. Выход абсолютно чистого мономера составляет 70% от теоретического в пересчете на безводный б-пирролидон (60% в пересчете на ацетилен). Побочным продуктом винилирования является г-аминомасляная кислота. В случае хранения мономерный N-винилпирролидон стабилизируют небольшим количеством порошкообразного едкого кали.

Исходные продукты для получения N-винилпирролидона должны быть как можно более чистыми и абсолютно сухими. Ацетилен, содержащий не менее 99% основного продукта, очищают на оросительных промывных установках хлорной водок, а затем раствором углекислого натра и, наконец сушат [4].