Адипиновая кислота: свойства и применение¶

Адипиновая кислота (гександиовая кислота, 1,4-бутандикарбоновая кислота) — двухосновная предельная карбоновая кислота с химической формулой HOOC−(CH₂)₄−COOH. При нормальных условиях представляет собой бесцветные кристаллы белого цвета, хорошо растворимые в горячей воде и спиртах, слабо — в холодной воде. Является одним из важнейших промышленных дикарбоновых кислот и ключевым сырьём для производства полиамидов, прежде всего нейлона-6,6.

¶Физические и химические свойства

Адипиновая кислота имеет молярную массу 146,14 г/моль, температуру плавления около 152 °C и температуру кипения около 337 °C (с разложением). Плотность составляет примерно 1,36 г/см³. Вещество нелетучее, не имеет запаха, при нагревании выше температуры плавления склонно к декарбоксилированию и образованию циклических продуктов.

По химическому поведению адипиновая кислота типична для дикарбоновых кислот: образует соли (адипаты), сложные эфиры, амиды, ангидрид и хлорангидрид. Она диссоциирует в две ступени (pKa₁ ≈ 4,43; pKa₂ ≈ 5,41). Соли щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде, соли кальция и свинца — плохо. При взаимодействии с гексаметилендиамином образует полиамидную соль, поликонденсация которой даёт полигексаметиленадипамид — полиамид, известный как нейлон-6,6.

¶История

Впервые адипиновая кислота была получена в 1837 году французским химиком Огюстом Лораном окислением жиров азотной кислотой. Название происходит от латинского adeps — «жир», поскольку исходным материалом служили жировые вещества. Промышленное значение кислота приобрела в 1930-х годах, когда компания DuPont разработала технологию синтеза нейлона-6,6, что потребовало масштабного производства адипиновой кислоты. В 1937 году Уоллес Карозерс получил первый синтетический полиамид именно на основе этой кислоты и гексаметилендиамина.

¶Получение

Основной промышленный метод — двухстадийное окисление циклогексана кислородом воздуха. На первой стадии циклогексан окисляется до смеси циклогексанола и циклогексанона (так называемого «масла КА»), которые затем окисляются азотной кислотой до адипиновой кислоты с промежуточным образованием циклогексанона и капролактона. Катализаторами служат соли меди и ванадия.

Альтернативные способы включают:

• окисление циклогексена и циклогексанола;
• гидрокарбоксилирование бутадиена (карбонилирование);
• микробиологический синтез из глюкозы с использованием мутантных штаммов микроорганизмов.

Современные исследования направлены на «зелёные» методы получения из возобновляемого сырья — глюкозы, лигнина, муконовой кислоты.

¶Применение

Основная часть мирового производства адипиновой кислоты (свыше 90 %) расходуется на синтез полиамидов, прежде всего нейлона-6,6. Из него изготавливают волокна для текстиля и ковров, конструкционные пластики, детали машин, электроизоляцию.

Прочие направления использования:

• производство сложных эфиров (диоктиладипат, диизонониладипат) — пластификаторов для ПВХ;
• сырьё для полиуретанов, полиэфирных смол и клеев;
• пищевая промышленность — как регулятор кислотности (E355) и ароматизатор;
• фармацевтика — вспомогательное вещество в таблетках и капсулах;
• производство смазочных материалов и гидравлических жидкостей;
• в аналитической химии — как стандарт для определения щёлочности.

¶Мировое производство и рынок

Мировое производство адипиновой кислоты оценивается в несколько миллионов тонн в год. Крупнейшие производители — компании Invista, BASF, Ascend Performance Materials, Asahi Kasei, Lanxess. Основные мощности сосредоточены в Китае, США и Западной Европе. Цена продукта колеблется в зависимости от стоимости циклогексана и нефтяного сырья.

¶Биологическая роль и безопасность

Адипиновая кислота встречается в природе в небольших количествах — в сахарной свёкле, свекольном соке, некоторых растениях. В организме человека она образуется как промежуточный продукт метаболизма жирных кислот при β-окислении в пероксисомах; нарушение этого пути приводит к адипиновой ацидурии — редкому наследственному заболеванию обмена веществ.

Вещество относится к умеренно опасным: при попадании на кожу и слизистые вызывает раздражение, при вдыхании пыли — раздражение дыхательных путей. В пищевых дозах считается безопасным. При работе с порошком рекомендуются средства индивидуальной защиты. Адипиновая кислота не является канцерогеном и не обладает кумулятивными свойствами.

¶Интересные факты

• Именно с синтеза нейлона-6,6 на основе адипиновой кислоты началась эра синтетических волокон в текстильной промышленности.
• Название «адипиновая» связано с жирами, хотя сегодня её получают исключительно из нефтехимического сырья.
• Сложные эфиры адипиновой кислоты придают некоторым пищевым продуктам и косметике характерную мягкость и пластичность.