Esametilendiammina

L’esametilendiammina (HMDA) il cui nome I.U.P.A.C. è 1,6-diamminoesano è un composto organico con formula H2N(CH2)6NH2 appartenente alle diammine presentando, nella sua molecola, due gruppi amminici. È costituita da uno scheletro carbonioso di sei atomi di carbonio e due gruppi funzionali amminici nelle due posizioni terminali ed è pertanto una α,ω-diammina.

struttura
struttura

A causa della sua struttura l’esametilendiammina viene in prevalenza utilizzata come monomero nella sintesi di polimeri di policondensazione. La presenza di due gruppi amminici primari rendono l’esametilendiammina una base secondo Brønsted-Lowry che ha un valore di Kb pari a 0.0070. Le sue soluzioni hanno quindi un valore di pH nettamente alcalino e infatti alla temperatura di 20°C una soluzione al 10 % ha un pH di 12.3.

L’esametilendiammina è una molecola polare e si presenta come un solido cristallino solubile in acqua (490 g/L), in alcoli e solventi aromatici e scarsamente solubile in idrocarburi alifatici e forma sali stabili sia con gli acidi sia con gli acidi organici. Ha una temperatura di fusione da 39 to 42 °C e produce ossidi dell’azoto tossici durante la combustione.

Sintesi dell’esametilendiammina

La prima sintesi dell’esametilendiammina è stata fatta dal chimico tedesco Julius Wilhelm Theodor Curtius che la ottenne dall’idrogenazione catalitica dell’ 1,4-dicianobutano noto come adiponitrile ottenuto dall’amminazione riduttiva dell’acido adipico.

Per l’idrogenazione dell’adiponitrile sono stati utilizzati catalizzatori di tipo Ziegler-Natta, catalizzatori di metalli nobili supportati come, ad esempio, Rh/Al2O3, catalizzatori di leghe amorfe a base di nichel, e catalizzatori di Ni supportati.

sintesi dell'esametilendiammina
sintesi dell’esametilendiammina

Più recentemente, nanofili a base di palladio e argento sono stati utilizzati come catalizzatori per l’idrogenazione dell’adiponitrile in esametilendiammina con una resa del 98%. Tuttavia, questi processi catalitici presentano svantaggi come l’utilizzo di metalli costosi e solventi che comportano costi elevati.

Un altro catalizzatore utilizzato è il nichel Raney che ha attività catalitiche più elevate a temperature più basse rispetto ai catalizzatori metallici supportati convenzionali ma la produzione di esametilendiammina mediante idrogenazione dell’adiponitrile con catalizzatori nichel Raney richiede una grande quantità di soluzione di ammoniaca o di idrossidi di metalli alcalini per impedire reazioni collaterali, con conseguente formazione di ammine secondarie e terziarie indesiderate. Tuttavia, grazie al basso costo e alla buona attività catalitica del nichel Raney, si sono sperimentate nuove metodologie senza utilizzare soluzioni acide o basiche.

Sintesi verde dell’esametilendiammina

Nell’ottica di ridurre l’inquinamento e l’utilizzo di sostanze tossiche, contribuire a preservare gli ecosistemi, proteggere la biodiversità e migliorare la qualità dell’aria e dell’acqua, negli ultimi decenni la ricerca si è indirizzata verso la sintesi verde che si avvale di metodi considerati corrispondenti ai requisiti della chimica verde  che non richiedono solventi pericolosi, evitano l’inquinamento e accelerano i processi di sintesi.

I metodi per convertire direttamente la biomassa in esametilendiammina devono ancora essere commercializzati ma l’uso di sistemi catalitici eterogenei tramite processi combinati sembra essere un percorso chimico promettente ed emergente per raggiungere questo obiettivo.

Uno dei metodi che sta riscuotendo maggiore successo per la produzione bio-based di esametilendiammina, prevede l’uso di uno sciroppo ad alto contenuto di fruttosio ottenuto da amido derivato da mais e patate e utilizzando il 5-(idrossimetil)furfurale (HMF) come elemento intermedio.

Tuttavia, al momento, le attuali proposte per la produzione da fonti rinnovabili di esametilendiammina non sono ancora del tutto competitive con le tecniche di produzione da fonti non rinnovabili come il petrolio, soprattutto a causa della bassa efficienza e dei costi elevati.

Usi

L’esametilendiammina è usata prevalentemente quale monomero per la sintesi di poliammidi. Il nylon è un polimero sintetico della famiglia delle poliammidi dotato di grande resistenza, che consente, tra l’altro, la fabbricazione di tessuti per tappeti, abbigliamento, fasce, corde, tubi flessibili, nastri trasportatori. È sintetizzato mediante una reazione di policondensazione di un diacido o un derivato con una diammina.

sintesi del nylon 6,6
sintesi del nylon 6,6

A seconda del numero di atomi di carbonio del diacido e della diammina, al nylon viene assegnata la sigla PA, abbreviazione di poliammide, e il numero di atomi di carbonio presenti nell’unità ripetitiva. Uno dei più popolari è il nylon 6,6 derivante dall’acido adipico o dai suoi derivati come il cloruro di adipoile ​​e dall’esametilendiammina.

Il  nylon 6,6 presenta un’eccellente resistenza alla trazione e durata, rendendolo ideale per applicazioni impegnative. Può sopportare elevate sollecitazioni meccaniche, rendendolo adatto all’uso in componenti pesanti, parti automobilistiche e macchinari industriali. Ha inoltre eccezionali proprietà di resistenza al calore e resistenza a vari prodotti chimici, inclusi oli, grassi, carburanti e solventi. Ha inoltre un basso tasso di assorbimento dell’umidità e mantiene la sua stabilità dimensionale anche in ambienti ad elevata umidità.

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