اکریلونیتریل

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
فارسیEnglish
اکریلونیتریل
Acrylonitrile-2D.png Acrylonitrile-2D-skeletal.svg
Acrylonitrile-3D-balls.png Acrylonitrile-3D-vdW.png
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس ۱۰۷-۱۳-۱ ✔Y
پاب‌کم ۷۸۵۵
کم‌اسپایدر ۷۵۶۷ ✔Y
UNII MP1U0D42PE ✔Y
KEGG C01998 ✔Y
ChEBI CHEBI:28217 ✔Y
ChEMBL CHEMBL۴۴۵۶۱۲ ✔Y
جی‌مول-تصاویر سه بعدی Image 1
Image 2
خصوصیات
فرمول مولکولی C3H3N۱
جرم مولی ۵۳٫۰۶ g mol−1
شکل ظاهری Colourless liquid
چگالی 0.81 g/cm3
دمای ذوب -84 °C(189 کلوین)
دمای جوش
‎77 °C (350 کلوین)
انحلال‌پذیری در آب 7 g/100 لیتر at 20 °C
خطرات
MSDS ICSC 0092
خطرات اصلی flammable,
reactive,
toxic
لوزی آتش
Special hazards (white): no codeNFPA 704 four-colored diamond
ترکیبات مرتبط
ترکیبات مرتبط اکریلیک اسید،
acrolein
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
 ✔Y (بررسی) (چیست: ✔Y/N؟)
Infobox references


اکریلونیتریل ماده‌ای شیمیایی با فرمول CH2CHCN است. عمدتاً از روش سوهیو ساخته می‌شود. در این فرایند، پروپیلن در یک واکنشگاه کاتالیزی سیال بستر با هوا و آمونیاک عمل می‌شود. سیال خروجی در یک واحد خوب دوسویه تصفیه و آکریلونیتریل از طریق تقطیر جز به جز جدا می‌شود.

2CH3-CH=CH2 + 2NH3 + 3O2 → 2CH2=CH-C≡N + 6H2O

پلی‌اکریلونیتریل Polyacrylonitrile[ویرایش]

پلی‌اکریلونیتریل یا اکریلیک (PAN) از پلیمرهای مصنوعی نیمه بلوری الی با فرمول خطی C3H3N)n) می‌باشد.

منومر پلی‌اکریلونیتریل از وینیل سیانید یا اکریلونیتریل تشکیل می‌شود.

اکریلونیتریل با روش‌های صنعتی زیر قابل تهیه می‌باشند:

  1. از ترکیب اکسید اتیلن با اسید سیانیدریک
  2. از ترکیب استیلن با اسید سیانیدریک
  3. از ترکیب استالدئید با اسید سینیدریک
  4. روش سوهیو Sohio: در این روش پروپیلن را در اثر اکسایش به اکرولئین تبدیل کرده و سپس به آن آمونیاک اضافه می‌کنند. کمپلکس آمونیاک حاصل راآبگیری و هیروژنگیری کرده و اکرونیتریل تهیه می‌کنند.

کاربردها[ویرایش]

از پلی‌اکریلونیتریل تحت عنوان الیاف اکریلیک به شکل گسترده در نساجی استفاده می‌شود.

هموپلیمر اکریلیک به عنوان الیاف در سیستم‌های تصفیه گاز داغ، سایبان در فضای باز، در بادبان قایق‌های بادبانی و در الیاف درون بتن استفاده می‌شود.

کوپلیمر پلی‌اکریلونیتریل اغلب به عنوان الیاف در لباس‌های دارای بافت مانند جوراب و ژاکت و نیز به عنوان چادر در فضای باز و مانند آن استفاده می‌شود.

PAN دارای خواصی شامل چگالی کم، پایداری حرارتی مطلوب، استحکام بالا و مدول الاستیسیته مناسب است. این ویژگی‌های منحصر به فرد سبب شده‌اند PAN یک پلیمر اساسی در تکنولوژی پیشرفته باشد.

خواص مکانیکی مطلوب از جمله استحکام کششی بالا و مدول کششی متوسط سبب شده‌اند که از PAN در سازه‌های کاپوزیتی برای هواپیماهای نظامی و تجاری مورد تجوه قرار گیرند.

همچنین از اکریلیک به عنوان پیش ماده برای تولید فیبر کربن استفاده می‌شود.

ریسیدن الیاف اکریلیک[ویرایش]

پلی‌اکریلونیتریل را نمی‌توان با روش ذوب‌ریسی تبدیل به لیف کرد. زیرا پیش از ذوب شدن، تجزیه شده و ذغالی می‌گردد، بنابراین آن را با روش ریسیدن مرطوب یا ریسیدن خشک، تبدیل به لیف می‌کنند. بدین منظور پلیمر را با غلظت ۲۰–۳۰ درصد (بسته به وزن مولکولی پلیمر و کوپلیمرهای آن) در حلال مناسب، حل کرده وتبدیل به لیف می‌سازند.

در سیستم ریسیدن خشک، محلول پلیمر پس از خروج از سوراخ‌های ریسنده که حدود ۳۰۰–۲۰۰ عدد سوراخ دارد، وارد ستون هوای متحرک و گرم که دارای حرارت ۲۳۰–۲۶۰ درجه سانتی گرد است، می‌شود (دمای جوش D.M.F 153 درجه سانتی‌گراد است) و پس از تبخیر حلال با سرعت ۱۰۰–۳۰۰ متر در دقیقه در روی بوبین جمع‌کننده جمع می‌شود و سپس تحت عملیات کشش و تکمیل لازم قرار می‌گیرد.

در سیستم ریسیدن مرطوب، محلول پلیمر پس از خروج از ریسنده که حدود ۱۰۰۰–۳۰۰۰۰ سوراخ دارد، با سرعت ۵–۲۰ متر بر دقیقه وارد حمام منعقدکننده می‌شود و سپس تحت عملیات کشش و تکمیل‌های لازم دیگر قرار می‌گیرد.

با وجود اینکه ریسیدن مرطوب آهسته می‌باشد، ولی به علت زیاد بودن سوراخ‌های ریسنده، مقدار تولید آن بالا می‌شد. سطح مقطع فیلامنت‌های تهیه شده از ریسیدن خشک به علت تبخیر حلال از فیلامنت و تخلیه حجم داخلی آن دمبلی شکل است. در صورتی که سطح مقطع فیلامنت‌های تهیه شده از ریسیدن مرطوب به علت جانشینی محلول حمام منعقدکننده با حلال تقریباً دایره‌ای شکل است، در نتیجه مقاومت لیف ریسیده شده به طریق خشک ۲–۳ گرم بر دنیر و مقاومت لیف ریسیده شده به طریق مرطوب ۳–۴ گرم بر دنیر می‌باشد.

در سیستم ریسیدن مرطوب می‌توان تغییرات مناسب در محلول پلیمر یا حمام منعقدکننده داد و فیلامنت مناسب تهیه کرد.

ساختمان فیزیکی لیف پلی‌اکریلونیتریل[ویرایش]

باوجود اینکه ساختمان شیمیایی پلی‌اکریلونیتریل نشان می‌دهد که در آن پیوندهای شیمیایی بین زنجیرهٔ Cross-Linkages وجود ندارد، ولی پلیمر به سختی در حلال‌های خود حل می‌شود. این عدم حلالیت را به علت وجود نیروهای ثانوی که بین زنجیرهای مجاور تشکیل می‌شود، نسبت می‌دهند. این نیروهای ثانوی از نوع پیوند هیدروژنی می‌بشاد که بین هیدروژن آلفا از یک زنجیر و نیتروژن از زنجیر مجاور تشکیل می‌شود. این پیوند قوی هیدروژنی را می‌توان به وسیلهٔ حلال‌های آلی و پلار برطرف کرد.

اسیدها و قلیایی‌ها با غلظت پایین، اثری بر روی لیف پلی‌اکریلونیتریل ندارند ولی پلیمر پلی‌اکریلونیتریل را می‌توان در حرارت بالا (حدود ۱۰۰ درجه سانتیگراد) به وسیلهٔ اسید غلیظ (مثل اسیدکلرئیدریک ۶ نرمال) به پلی اکریلیک اسید یا نمک سدیم پلی اکریلیک اسید (سدیم پلی اکریلات) تبدیل کرد. لیف پلی‌اکریلونیتریل در اثر حرارت ابتدا زرد و سپس قهوه‌ای و سپس سیاه رنگ می‌شود. پس از ۶۰ ساعت در درجه حرارت ۲۰۰ درجه سانتیگراد با وجود اینکه کاملاً سیاه رنگ می‌شود، کاهش استحکام در آن دیده نمی‌شود، ولی حالالیت آن از بین می‌رود.

منابع[ویرایش]

تکمیل کالای نساجی جلد ۱-شیمی نساجی و مقدمات تکمیلی-دکتر میرهادی سیداصفهانی

https://en.wikipedia.org/wiki/Polyacrylonitrile

Acrylonitrile
Structural formula of acrylonitrile.svg
Acrylonitrile-2D-skeletal.svg
Acrylonitrile-3D-balls.png
Acrylonitrile-3D-vdW.png
Names
Preferred IUPAC name
Prop-2-enenitrile
Other names
Acrylonitrile
2-Propenenitrile
Cyanoethene
Vinyl cyanide (VCN)
Cyanoethylene[1]
Propenenitrile[1]
Identifiers
3D model (JSmol)
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.003.152
EC Number
  • 608-003-00-4
KEGG
RTECS number
  • AT5250000
UNII
UN number 1093
Properties
C3H3N
Molar mass 53.064 g·mol−1
Appearance Colourless liquid
Density 0.81 g/cm3
Melting point −84 °C (−119 °F; 189 K)
Boiling point 77 °C (171 °F; 350 K)
70 g/L
log P 0.19[2]
Vapor pressure 83 mmHg[1]
Hazards
Main hazards flammable
reactive
toxic
potential occupational carcinogen[1]
Safety data sheet ICSC 0092
NFPA 704 (fire diamond)
Flammability code 3: Liquids and solids that can be ignited under almost all ambient temperature conditions. Flash point between 23 and 38 °C (73 and 100 °F). E.g. gasolineHealth code 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g. VX gasReactivity code 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g. white phosphorusSpecial hazards (white): no codeNFPA 704 four-colored diamond
3
4
2
Flash point −1 °C; 30 °F; 272 K
471 °C (880 °F; 744 K)
Explosive limits 3–17%
Lethal dose or concentration (LD, LC):
500 ppm (rat, 4 h)
313 ppm (mouse, 4 h)
425 ppm (rat, 4 h)[3]
260 ppm (rabbit, 4 h)
575 ppm (guinea pig, 4 h)
636 ppm (rat, 4 h)
452 ppm (human, 1 h)[3]
NIOSH (US health exposure limits):
PEL (Permissible)
TWA 2 ppm C 10 ppm [15-minute] [skin][1]
REL (Recommended)
Ca TWA 1 ppm C 10 ppm [15-minute] [skin][1]
IDLH (Immediate danger)
85 ppm[1]
Related compounds
Related nitriles
acetonitrile
propionitrile
Related compounds
acrylic acid
acrolein
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
☑Y verify (what is ☑Y☒N ?)
Infobox references

Acrylonitrile is an organic compound with the formula CH2CHCN. It is a colorless volatile liquid, although commercial samples can be yellow due to impurities. In terms of its molecular structure, it consists of a vinyl group linked to a nitrile. It is an important monomer for the manufacture of useful plastics such as polyacrylonitrile. It is reactive and toxic at low doses.[4] Acrylonitrile was first synthesized by the French chemist Charles Moureu (1863–1929) in 1893.[5]

Occurrence

Acrylonitrile is not naturally formed in the atmosphere of Earth. However it can occur at levels up to 0.11 ppm at industrial sites. It persists in the air for up to a week. It decomposes by reacting with oxygen and hydroxyl radical to form formyl cyanide and formaldehyde.[6] Acrylonitrile is harmful to aquatic life.[7]

Acrylonitrile has been detected in the atmosphere of Titan, a moon of Saturn.[8][9][10] Computer simulations suggest that on Titan conditions exist such that the compound could form structures similar to cell membranes and vesicles on Earth.[8][9]

Production

Acrylonitrile is produced by catalytic ammoxidation of propylene, also known as the SOHIO process. In 2002, world production capacity was estimated at 5 million tonnes per year.[4][11] Acetonitrile and hydrogen cyanide are significant byproducts that are recovered for sale.[4] In fact, the 2008–2009 acetonitrile shortage was caused by a decrease in demand for acrylonitrile.[12]

2CH3−CH=CH2 + 2 NH3 + 3 O2 → 2 CH2=CH–C≡N + 6 H2O

In the SOHIO process, propylene, ammonia, and air (oxidizer) are passed through a fluidized bed reactor containing the catalyst at 400–510 °C and 50–200 kPag. The reactants pass through the reactor only once, before being quenched in aqueous sulfuric acid. Excess propylene, carbon monoxide, carbon dioxide, and dinitrogen that do not dissolve are vented directly to the atmosphere, or are incinerated. The aqueous solution consists of acrylonitrile, acetonitrile, hydrocyanic acid, and ammonium sulfate (from excess ammonia). A recovery column removes bulk water, and acrylonitrile and acetonitrile are separated by distillation. Historically, one of the first successful catalysts was bismuth phosphomolybdate supported on silica as a heterogeneous catalyst. Further improvements have since been made.[4]

Emerging industrial routes

Various green chemistry routes are being developed for the synthesis of acrylonitrile from renewable feedstocks, such as lignocellulosic biomass, glycerol (from biodiesel production), or glutamic acid (which can itself be produced from renewable feedstocks). The lignocellulosic route involves fermentation of the biomass to propionic acid and 3-hydroxypropionic acid which are then converted to acrylonitrile by dehydration and ammoxidation.[13] The glycerol route begins with pyrolysis to acrolein, which undergoes ammoxidation to give acrylonitrile.[14] The glutamic route employs oxidative decarboxylation to 3-cyanopropanoic, followed by a decarbonylation-elimination to acrylonitrile.[15] Of these the glycerol route is broadly considered to be the most viable, although current methods are still unable to compete with the SOHIO process in terms of cost.[13][14]

Uses

Acrylonitrile is used principally as a monomer to prepare polyacrylonitrile, a homopolymer, or several important copolymers, such as styrene-acrylonitrile (SAN), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), acrylonitrile styrene acrylate (ASA), and other synthetic rubbers such as acrylonitrile butadiene (NBR). Dimerization of acrylonitrile affords adiponitrile, used in the synthesis of certain polyamides. Small amounts are also used as a fumigant. Acrylonitrile and derivatives, such as 2-chloroacrylonitrile, are dienophiles in Diels–Alder reactions. Acrylonitrile is also a precursor in the industrial manufacture of acrylamide and acrylic acid.[4]

Health effects

Acrylonitrile is highly flammable and toxic at low doses. It undergoes explosive polymerization. The burning material releases fumes of hydrogen cyanide and oxides of nitrogen. It is classified as a Class 2B carcinogen (possibly carcinogenic) by the International Agency for Research on Cancer (IARC),[16] and workers exposed to high levels of airborne acrylonitrile are diagnosed more frequently with lung cancer than the rest of the population.[17] It evaporates quickly at room temperature (20 °C) to reach dangerous concentrations; skin irritation, respiratory irritation, and eye irritation are the immediate effects of this exposure.[7]

Acrylonitrile increases cancer in high dose tests in male and female rats and mice.[18]

Pathways of exposure for humans include emissions, auto exhaust, and cigarette smoke that can expose the human subject directly if they inhale or smoke. Routes of exposure include inhalation, oral, and to a certain extent dermal uptake (tested with volunteer humans and in rat studies).[19] Repeated exposure causes skin sensitization and may cause central nervous system and liver damage.[7]

There are two main excretion processes of acrylonitrile. The primary method is excretion in urine when acrylonitrile is metabolized by being directly conjugated to glutathione. The other method is when acrylonitrile is metabolized with 2-cyanoethylene oxide to produce cyanide end products that ultimately forms thiocyanate, which is excreted via urine, or carbon dioxide and eliminated through the lungs.[19] Metabolites can be detected in the blood and urine.[16]

Acrylonitrile induces apoptosis in human umbilical cord mesenchymal stem cells.[20]

References

  1. ^ a b c d e f g h NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0014". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
  2. ^ "Acrylonitrile_msds".
  3. ^ a b "Acrylonitrile". Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
  4. ^ a b c d e Brazdil, James F. "Acrylonitrile". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a01_177.pub3.
  5. ^
  6. ^ Grosjean, Daniel (December 1990). "Atmospheric Chemistry of Toxic Contaminants. 3. Unsaturated Aliphatics: Acrolein, Acrylonitrile, Maleic Anhydride". Journal of the Air & Waste Management Association. 40 (12): 1664–1669. doi:10.1080/10473289.1990.10466814.
  7. ^ a b c "CDC – Acrylonitrile – International Chemical Safety Cards". www.cdc.gov. NIOSH. Retrieved 2015-07-31.
  8. ^ a b Wall, Mike (28 July 2017). "Saturn Moon Titan Has Molecules That Could Help Make Cell Membranes". Space.com. Retrieved 29 July 2017.
  9. ^ a b Palmer, Maureen Y.; et al. (28 July 2017). "ALMA detection and astrobiological potential of vinyl cyanide on Titan". Science Advances. 3 (7): e1700022. Bibcode:2017SciA....3E0022P. doi:10.1126/sciadv.1700022. PMC 5533535. PMID 28782019.
  10. ^ Kaplan, Sarah (8 August 2017). "This weird moon of Saturn has some essential ingredients for life". Washington Post. Retrieved 8 August 2017.
  11. ^ "The Sohio Acrylonitrile Process". American Chemical Society National Historic Chemical Landmarks. Archived from the original on 2013-02-23. Retrieved 2013-05-13.
  12. ^ Tullo, A. (2008). "A Solvent Dries Up". Chemical & Engineering News. 86 (47): 27. doi:10.1021/cen-v086n047.p027.
  13. ^ a b Grasselli, Robert K.; Trifirò, Ferruccio (2016). "Acrylonitrile from Biomass: Still Far from Being a Sustainable Process". Topics in Catalysis. 59 (17–18): 1651–1658. doi:10.1007/s11244-016-0679-7. ISSN 1022-5528.
  14. ^ a b Guerrero-Pérez, M. Olga; Bañares, Miguel A. (2015). "Metrics of acrylonitrile: From biomass vs. petrochemical route". Catalysis Today. 239: 25–30. doi:10.1016/j.cattod.2013.12.046. ISSN 0920-5861.
  15. ^ Le Nôtre, Jérôme; Scott, Elinor L.; Franssen, Maurice C. R.; Sanders, Johan P. M. (2011). "Biobased synthesis of acrylonitrile from glutamic acid". Green Chemistry. 13 (4): 807. doi:10.1039/c0gc00805b. ISSN 1463-9262.
  16. ^ a b "Re-evaluation of Some Organic Chemicals, Hydrazine and Hydrogen Peroxide". IARC Monographs, Volume 71 (1999)
  17. ^ Acrylonitrile Fact Sheet (CAS No. 107-13-1). epa.gov
  18. ^ "Acrylonitrile: Carcinogenic Potency Database". berkeley.edu.
  19. ^ a b Acrylonitrile Fact Sheet: Support Document (CAS No. 107-13-1). epa.gov
  20. ^ Sun, X. (January 2014). "Cytotoxic effects of acrylonitrile on human umbilical cord mesenchymal stem cells in vitro". Molecular Medicine Reports. 9 (1): 97–102. doi:10.3892/mmr.2013.1802. PMID 24248151.

External links