N-винилпирролидон: мономер и его синтез¶

N-винилпирролидон — органическое соединение класса лактамов, бесцветная жидкость с характерным запахом, мономер для получения поливинилпирролидона (ПВП) и ряда сополимеров. Эмпирическая формула C₆H₉NO, молекулярная масса 111,14 г/моль. Соединение содержит пятичленное лактамное кольцо (2-пирролидоновый цикл) и винильную группу, присоединённую к атому азота. Именно сочетание этих фрагментов обеспечивает способность мономера к радикальной полимеризации с образованием водорастворимых полимеров.

¶Физико-химические свойства

N-винилпирролидон (сокращённо NVP или ВП) при нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость от бесцветного до слабо-жёлтого цвета. Температура кипения — около 193 °C (при атмосферном давлении), температура затвердевания — около 13 °C, плотность — примерно 1,04 г/см³. Мономер смешивается с водой, спиртами, эфирами, хлорированными углеводородами и большинством полярных органических растворителей; с алифатическими углеводородами совместимость ограничена.

Винильная группа при азоте сопряжена с карбонилом лактамного кольца, что придаёт молекуле повышенную реакционную способность в реакциях присоединения. NVP легко полимеризуется под действием радикальных инициаторов, света и тепла, поэтому при хранении требует стабилизации (обычно ингибиторами типа гидрохинона) и защиты от кислорода и света.

¶Синтез

Основной промышленный способ получения N-винилпирролидона — винилирование 2-пирролидона ацетиленом в присутствии сильных оснований (так называемый процесс Реппе). Реакция протекает в жидкой фазе при повышенных температуре и давлении:

2-пирролидон + ацетилен → N-винилпирролидон

В качестве катализаторов применяют гидроксиды и алкоголяты щелочных металлов (чаще всего калия). Процесс ведут при температуре порядка 130–180 °C и давлении ацетилена несколько атмосфер. Выход целевого продукта достигает 85–95 % в зависимости от условий и чистоты сырья.

Альтернативные лабораторные методы включают дегидрогалогенирование N-(2-галогенэтил)пирролидона, а также реакцию 2-пирролидона с винилгалогенидами или винилацетатом. Эти пути применяются реже из-за сложности и меньшей экономичности. Стадия очистки мономера включает вакуумную перегонку, поскольку при нагреве выше 100 °C в присутствии примесей возможна спонтанная полимеризация.

¶Полимеризация и сополимеризация

N-винилпирролидон полимеризуется по радикальному механизму. Инициаторами служат пероксиды, азосоединения (например, азобисизобутиронитрил), а также окислительно-восстановительные системы. Полимеризация может проводиться в массе, растворе или водной среде. Продукт — поливинилпирролидон — аморфный полимер, растворимый в воде и многих полярных растворителях, нетоксичный и биосовместимый.

Сополимеризацией NVP с другими мономерами (винилацетатом, стиролом, акрилатами, малеиновым ангидридом) получают материалы с регулируемыми свойствами — от водорастворимых до амфифильных. Такие сополимеры применяются как плёнкообразователи, загустители и носители активных веществ.

¶Применение

Основные области использования N-винилпирролидона связаны с его полимерами:

• Медицина и фармация — ПВП применяется как связующее, солюбилизатор и пролонгатор действия лекарств; используется в составе плазмозамещающих растворов и глазных капель.
• Косметика — как плёнкообразователь в лаках для волос, гелях, зубных пастах.
• Промышленность — в производстве мембран, клеёв, чернил, фотоматериалов, а также как агент для очистки воды и стабилизации дисперсий.
• Химический синтез — в качестве реакционноспособного мономера и полупродукта для получения функциональных полимеров.

Мировое производство N-винилпирролидона оценивается в десятки тысяч тонн в год; крупнейшие мощности сосредоточены в Европе, США и Азии. Вещество относится к умеренно токсичным соединениям, требует соблюдения мер безопасности при работе: использования вентиляции, защиты кожи и глаз.