Синтез и исследование стеариламина на основе стеарамида и гипохлорита натрия

АННОТАЦИЯ

В статье изучен синтез стеариламина на основе стеарамида и гипохлорита натрия. Изучена растворимость полученного амина жирных кислот. Исследована химическая реакция взаимодействия стеарамида и гипохлорита натрия для достижения высокого выхода продукта. Установлено оптимальное время для достижения самого высокого выхода. Установлена растворимость полученного стеариламина в метоноле и этоноле.

ABSTRACT

The article studies the synthesis of stearylamine based on stearamide and sodium hypochlorite. The solubility of the obtained fatty acid amine was studied. The chemical reaction of interaction of stearamide and sodium hypochlorite was investigated to achieve a high yield of the product. The optimum time has been set to reach the highest yield. The solubility of the obtained stearylamine in metonol and etonol was established.

Ключевые слова: стеариновая кислота, мочевина, стеарамид, гипохлорит натрия, гидроксид натрия, стеариламин.

Keywords: stearic acid, urea, stearamide, sodium hypochlorite, sodium hydroxide, stearylamine.

Введение. В настоящее время одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от вредоносного воздействия атмосферной среды и биологического повреждения является ингибирование коррозии. Данный метод получил широкое распространение в 60-е гг. XX в. Использование синтетических упаковочных материалов, в которых содержатся ингибиторы коррозии, в последнее десятилетие носит всеохватывающий характер.

Перечень использования упаковочных металлических материалов не менее обширен – от игл и подшипников до строительных конструкций и танков. Можно смело утверждать, что в сфере борьбы с коррозионными процессами нет задач, которые не были бы решены при помощи данных средств [1, 2].

Рассматривая материалы, обладающие ингибирующими свойствами, стоит отметить, что их использование в настоящее время достигло больших показателей. Все ингибирующие средства защиты металлов можно разделить на три типа:

• по механизму своего действия;
• по химической природе;
• по сфере своего влияния.

Защита металлов и сплавов осуществляется рядом неорганических и органических веществ, которые вводятся в среду, вызывающую коррозию. Ингибиторы обладают свойством создавать тончайшие защитные слои, препятствующие разрушению на поверхностях металла. Все виды и типы данных веществ условно делятся на три большие группы:

Экранирующие. Они обволакивают металлическую поверхность тонкой пленкой, которая возникает в результате поверхностной абсорбции. В случае воздействия физических ингибиторов химической реакции не происходит;

Окислители хроматов. Позволяют создать на обрабатываемой поверхности плотные слои окисей, которые значительно замедляют анодный процесс. Получаемые слои не очень стойки к стороннему воздействию на них и при определенных условиях способны к принудительному восстановлению. Длительность и качество защитных свойств зависит во многом от толщины защитного слоя и его проводимости;

Катодные и анодные ингибиторы. Замедляют определенные электродные реакции, смещенные ингибиторы изменяют скорость этих реакций. Абсорбция и формирование на металле защитных слоев обусловлены зарядом частиц ингибитора и возможностью образовывать с наносимой поверхностью химические связи [3, 4].

Исходя из свойств ингибиторов, разработано несколько способов их применения для защиты изделий из металлов и сплавов от разрушения:

• нанесение ингибиторов на поверхности объектов в среде водных растворов или органических растворителей;

• сублимация ингибиторов на поверхность металла из воздуха, насыщенного парами ингибитора;

• нанесение на поверхность предмета полимерной пленки, содержащей определенный ингибитор коррозии;

• упаковка изделия в бумагу или гранулы, пропитанные ЛИК;

• подача в замкнутое пространство носителя на водной или газовой основе с ингибитором [5, 6].

Ингибиторы коррозии нашли широкое применение в нефтяной и газовой отрасли промышленности для защиты различных конструкций скважин, технологически сложных установок и оборудования перерабатывающих заводов, для предотвращения коррозийного воздействия двуокиси углерода, сероводорода и органических кислот [7]. Их применение должно отвечать целому ряду требований безопасности и обладать высоким защитным эффектом при минимальной концентрации внутри систем и оборудования и не оказывать при этом отрицательного воздействия на технологию процесса сбора, подготовки, транспортировки и переработки нефти и газа, быть умеренно токсичными для человека и окружающей среды [8].

Таким образом, короткий литературный анализ, сделанный во введении, показывает важность проведения научных и технических исследований в области химической технологии средств защити от коррозии, а также актуальность создании новых видов ингибиторов коррозии.

Экспериментальная часть. Целью данной работы является получение стеариламина на основе стеарамида и гипохлорита натрия, для дальнейшего его применения в качестве ингибитора коррозии.

Получение стеариламина на основе стеарамида и гипохлорита натрия.  В начале определены оптимальные условия получения амида кислоты из стеариновой кислоты и мочевины. В двугорлую колбу помещали навеску стеариновой кислоты 0,05 моль и нагревали до 105-110°С, после чего в расплав кислоты добавляли мочевину 0,1 моль порциями. Каждую следующую порцию добавляли после полного растворения предыдущей порции. После того, как растворялась вся мочевина, смесь выдерживали при 150°С в течение 30 мин. После окончания выдержки реакционную массу охлаждали до 120°С и выливали в 5%-ный раствор соды, для нейтрализации остаточной кислоты. Определены оптимальные условия получения амида кислоты из стеариновой кислоты и мочевины. Определены оптимальные условия для получения амида кислоты из стеариновой кислоты и мочевины.

При соотношении 1:2 моль в течение 30 мин и при температуре 150 ^oC из смеси раствора осаждают стеарамид для удаления примесей из продукта реакции.

Уравнение реакции можно записать следующим образом:

R-COOH + (NH)₂CO = R-CONH₂ + NH₃ + CO₂

здесь: R= C₁₇H_35.

_.То есть при соотношении 1:2 моль в течение 40 мин и при температуре 150 ° С. Раствор осаждают из раствора для удаления примесей из продукта реакции.

Процесс получения стеариламина на основе полученного стеарамида заключается в следующем:

 Превращение амидов карбоновых кислот в первичные амины с элиминированием СО₂, происходящее под действием гипогалогенитов щелочных металлов (перегруппировка Гофмана, расщепление амидов по Гофману):

К водному щелочному раствору гипогалогенита прибавляют амид с последующим нагревание до 40-80°С, таким образом завершается реакция. Для увеличения выхода аминов из амидов высших жирных кислот реакцию проводят в спиртовом растворе. Образующиеся при этом уретаны легко гидролизуются в амины. Первая стадия Гофмана реакции-синтез N-галогенамида, образующего под действием щелочей нестойкую соль показана ниже:

Стадия, определяющая скорость реакции Гофмана, отщепление галогена с образованием нитрена, который стабилизируется перегруппировкой в изоцианат, показана следующим образом:

Последний при взаимодействии с Н₂О через карбаминовую кислоту превращается в амин:

Получившуюся светло-жёлтую жидкость добавили в воду. При этом выпадает осадок. Данный осадок отфильтровали, несколько раз промыли дистиллированной водой, получившиеся белые кристаллы поставили на сушку. Получился амин стеариновой кислоты.

Таблица 1.

Растворимость полученного амина жирных кислот

Вывод. Получен стеариламин на основе стеарамида и гипохлорита натрия. Стеариламин при комнатной температуре представляет собой хрупкие кристаллы с температурой плавления 50–54° C.

Установлено, что при реакции стеарамида с натрием гипохлоритом, выход продукта составляет 80 % от теоретического расчета выхода продукта и оптимальное время для достижения этого показателя составляет 3 часа.

Список литературы:

1. Кашковский Р.В. Перспективы развития метода раздельной оценки вкладов пленки ингибитора и продуктов коррозии в общий защитный эффект // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. Тамбов: Вып. 5,Т. 18. 2013. С. 2167–2169.
2. Данякин Н. В., Сигида А. А. Способы и механизмы применения ингибиторов коррозии металлов и сплавов. Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2017. № 2 (14)
3. Шипугизов И.А., Колесова О.В., Вахрушев В.В., Казанцев А.Л., Пойлов В.З. Современные ингибиторы коррозии // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. Пермь: Вып. 1. 2016. С. 119–120.
4. Джалилов А. Т., Киёмов Ш. Н. Уретан-эпоксидные термореактивные полимерные системы в качестве антифрикционного материала //Булатовские чтения. – 2020. – Т. 5. – С. 76-78.
5. Фархутдинова А.Р., Мукатдисов Н.И., Елпидинский А.А., Гречехина А.А. Составы ингибиторов коррозии для различных сред. 2013. Вестник Казанского университета.
6. Ширинов Г.К. Ашуров Ж.М. Ибрагимов Б.Т. Амидирование стеариновой и пальмитиновой кислот, выделенных из хлопкового масла. UNIVERSUM. Июнь 2020г. С. 86–87.
7. Киёмов Ш. Н., Джалилов А. Т. Адгезия эпоксиуретанового полимера по металлу //Universum: технические науки. – 2020. – №. 9-2 (78).
8. Киёмов Ш. Н., Джалилов А. Т. Уретановый олигомер ОУ-400 //Universum: технические науки. – 2020. – №. 7-2 (76).