En el campo de la síntesis química, existen varios métodos para la síntesis del clorhidrato de hidroxilamina. El clorhidrato de hidroxilamina es un importante compuesto orgánico con aplicaciones amplias que incluyen productos farmacéuticos, pesticidas y tintes. Sus métodos de síntesis son cruciales para mejorar el rendimiento, reducir costos y minimizar las emisiones de residuos. Este artículo tiene como objetivo inspirar el interés de los lectores en el clorhidrato de hidroxilamina y ampliar aún más la investigación y las aplicaciones en campos relacionados.

El clorhidrato de hidroxilamina, con la fórmula molecular NH2OH·HCl, es un importante intermediario sintético orgánico utilizado en varios campos como productos farmacéuticos, pesticidas y productos químicos electrónicos. Sirve como materia prima clave para la síntesis de grupos oxima en productos farmacéuticos, pesticidas y tintes. La hidroxilamina de grado electrónico libre se utiliza como agente de limpieza en circuitos integrados. Los ácidos hidroxámicos isoméricos preparados por la reacción de hidroxilamina y ésteres carboxílicos actúan como agentes quelantes metálicos específicos para tierras raras, cobre y otros. Además, el clorhidrato de hidroxilamina se utiliza como un importante reactivo analítico para el análisis de aldehídos, cetonas, etc.

Fórmula Molecular del Clorhidrato de Hidroxilamina

(1) Fórmula Química

La fórmula del clorhidrato de hidroxilamina es NH2OH·HCl. Esta fórmula indica la combinación de una molécula de hidroxilamina (NH2OH) con una molécula de ácido clorhídrico (HCl) a través de un enlace iónico.

(2) Fórmula Estructural

La fórmula estructural del clorhidrato de hidroxilamina muestra la disposición de los átomos en la molécula. Puede descomponerse de la siguiente manera:

NH2OH (Hidroxilamina): Esta parte de la molécula consiste en un átomo de nitrógeno (N) unido a un átomo de hidrógeno (H). También tiene un grupo hidroxilo (OH) unido al nitrógeno.

HCl (ácido clorhídrico): Esta parte es una molécula simple con un átomo de hidrógeno (H) unido a un átomo de cloro (Cl).

En la molécula combinada, el átomo de hidrógeno (H) del grupo hidroxilo (OH) en la hidroxilamina se disocia y forma un enlace iónico con el átomo de cloro (Cl) en el ácido clorhídrico. Esto produce el ion hidroxilamonio positivamente cargado (NH3OH+) y el ion cloruro negativamente cargado (Cl?), que se atraen mutuamente para formar clorhidrato de hidroxilamina.

Inicialmente producido en la UE, EE. UU., Japón y otros lugares, el clorhidrato de hidroxilamina tiene un alto valor agregado. Los principales procesos de producción incluyen el método de nitrometano, el método de reducción de óxido nítrico y el método de descomposición del ácido oxima. China introdujo el método del nitrometano, que se ha mejorado continuamente y se ha utilizado hasta la fecha, pero la capacidad de producción es generalmente peque?a. Ha habido informes de clorhidrato de hidroxilamina producido internamente utilizando el método de descomposición del ácido oxima, pero el ácido oxima se prepara principalmente mediante el proceso de Raschig, lo que resulta en altos costos de producción reales. En los últimos a?os, con el avance de la tecnología de síntesis de compuestos de oxima, el método HPO y el método de oxidación de amoníaco con peróxido de hidrógeno han simplificado enormemente el proceso de síntesis. Los compuestos de oxima pueden usarse como materias primas para preparar clorhidrato de hidroxilamina, lo que reduce el costo de preparación del clorhidrato de hidroxilamina por el método de descomposición del ácido oxima, lo que es más ventajoso que el método del nitrometano. Recientemente, la industrialización del uso de subproductos de silano a base de oxima para preparar clorhidrato de cetoimina ha reducido aún más el costo del clorhidrato de hidroxilamina y lo ha hecho más respetuoso con el medio ambiente.

(1) Método de Descomposición del ácido Oxima

Se ha informado sobre el proceso de preparación del clorhidrato de hidroxilamina por descomposición del ácido oxima en la literatura. El proceso anterior implicaba preparar sulfato de hidroxilamina mediante el proceso de Raschig, luego reaccionar el sulfato de hidroxilamina con una cetona para producir cetoimina, y finalmente, usar la descomposición del ácido cetoimina para preparar clorhidrato de hidroxilamina. En comparación con el método del nitrometano, el proceso de Raschig es complejo, costoso y propenso a la corrosión del equipo, por lo que no se puede lograr una producción a gran escala. En los últimos a?os, debido a la reducción en el costo de preparación de oxima mediante el método de oxidación de amoníaco con peróxido de hidrógeno con tamiz molecular de titanio-silicato, el costo total de preparación de clorhidrato de hidroxilamina por este método también ha disminuido. Por lo tanto, algunos fabricantes han vuelto a examinar el método de descomposición del ácido oxima para preparar clorhidrato de hidroxilamina. Este proceso utiliza oxima y ácido clorhídrico como materias primas, y se obtiene una solución de clorhidrato de hidroxilamina y cetona a través de la reacción y la destilación fraccionada. Después de la concentración, cristalización y tratamiento de secado, se obtiene el producto de clorhidrato de hidroxilamina, mientras que la cetona subproducto puede ser reciclada para la producción de oxima. La reacción es la siguiente:

(1) Método de Descomposición del ácido Oxima

Hay una extensa investigación sobre las cetonas como materia prima, tales como la acetoxima, butanona oxima y ciclohexanona oxima, con rendimientos reportados de más del 90%. Actualmente, la butanona oxima es la materia prima más comúnmente utilizada en la producción industrial.

(2) Método de Hidrólisis de Sal de Cetoimina

La reacción de hidrólisis de sal de cetoimina es la siguiente:

Este método mejora aún más el proceso de preparación de clorhidrato de hidroxilamina mediante la descomposición del ácido oxima. Al usar silano a base de oxima y agua como materias primas para preparar clorhidrato de hidroxilamina, este proceso tiene ventajas únicas. En primer lugar, puede exceder el límite superior del contenido de ácido clorhídrico porque el clorhidrato de cetoimina es un complejo de cetoimina y ácido clorhídrico con una proporción molar de 1:1, y el proceso de hidrólisis logra una generación de aguas residuales cero. Al mismo tiempo, el contenido de ácido libre se controla a un nivel más bajo, reduciendo la corrosión del equipo. En segundo lugar, este proceso puede utilizar eficientemente los subproductos de silano a base de oxima. Después de que el subproducto clorhidrato de butanona oxima de la unidad de producción original de silano a base de oxima se separa mediante neutralización de amoníaco de alto valor, la cetoimina se puede usar para continuar produciendo silano a base de oxima, mientras que el cloruro de amonio de bajo valor se produce como subproducto. Este proceso permite que el subproducto clorhidrato de butanona oxima se use para preparar clorhidrato de hidroxilamina de alto valor, logrando una utilización efectiva de los recursos y reduciendo los costos de producción.

El clorhidrato de hidroxilamina se prepara mediante el método de hidrólisis de nitrometano. El nitrometano, ácido clorhídrico diluido y agua se calientan y se someten a reflujo juntos, luego se someten a concentración al vacío, cristalización y purificación para obtener clorhidrato de hidroxilamina de alta calidad.

Los pasos específicos son los siguientes: se a?aden nitrometano, agua destilada y ácido clorhídrico al tanque de preparación en una cierta proporción, se mezclan y luego se colocan en el reactor. La temperatura se eleva y la reacción se lleva a cabo bajo la condición de presión máxima de vapor de la chaqueta ≤ 0.08 MPa durante 48 horas, con la temperatura final por debajo de 110°C, resultando en clorhidrato de hidroxilamina y ácido fórmico. Luego, el líquido en el reactor se transfiere al tanque de concentración de clorhidrato de hidroxilamina para concentración al vacío. El ácido fórmico, agua y HCl residual se destilan, se condensan y se enfrían, y se colocan en el tanque de ácido fórmico para su producción. Después de la cristalización y filtración a presión negativa del material en el tanque de concentración, se obtiene el producto crudo de cristales de clorhidrato de hidroxilamina. Los cristales de clorhidrato de hidroxilamina se lavan con etanol para eliminar impurezas y mejorar la pureza y blancura. Luego, se secan en un secador de ebullición. El clorhidrato de hidroxilamina seco en el secador se coloca en bolsas de empaque a través del puerto de descarga en la parte inferior del secador. Durante el proceso de secado y empaque, el gas de escape generado se recoge mediante la campana de gas y se trata mediante el ventilador de tiro inducido en el colector de polvo ciclónico y la torre de absorción de agua. El polvo (clorhidrato de hidroxilamina) recogido por el colector de polvo ciclónico se vende como productos de clorhidrato de hidroxilamina de calidad inferior.

[1] https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Hydroxylamine-Hydrochloride

[2] https://www.dcfinechemicals.com/en/products/analytical-reagents/hydroxylamine-hydrochloride-detail/

[3] CN106829892A

[4] Zhou Liyang, Zhang Chaoqun, Zhou Qiang. Síntesis y método de producción de clorhidrato de hidroxilamina [J]. Producción y Tecnología Química, 2021, 27(06): 12-14+8.

[5] US2319669A