Use of B-MCM-41 as nano-structured catalyst for improves reaction conditions in the Beckmann rearrangement

Abstract

The Beckmann rearrangement of Cyclohexanone oxime at 300-380 °C and W/F = 20-60 g h/mol over a B-MCM-41 catalyst was studied at atmospheric pressure. The e-Caprolactam (precursor for nylon-6) was the major product on the whole temperature range studied and Cyclohexanone appeared as the main by-product and was generated probably due to the moderate acidity of these materials. The stability and the possibility of recycling of the catalyst were also analyzed. So, the catalyst could be used during 3600 min and then recovered and reused without significant changes in the active species. A reaction pathway was proposed in order to explain the results obtained. Finally, the better catalytic performance was observed at 320 °C and W/F = 40 g h/mol. Such conditions allowed us to achieve a Cyclohexanone oxime conversion of 54% with an e-Caprolactam selectivity of around 83%. Thus, under this mild reaction condition it could be achieved a high yield to e-Caprolactam with a low proportion of Cyclohexanone. This product mixture (e-Caprolactam and Cyclohexanone) may be separated by vacuum distillation; then the Cyclohexanone could be recycled by reaction with hydroxylamine to form again Cyclohexanone oxime (raw material for e-Caprolactam), marketed for the production of adipic acid, as adhesive in sealing PVC objects or as solvent in several industries.

Se estudió el reordenamiento de Beckmann de ciclohexanona oxima a 300-380 ° C y W/F=20-60 g h/mol sobre un catalizador B-MCM-41 a presión atmosférica. La e-Caprolactama (precursor de nylon-6) fue el producto principal en todo el rango de temperaturas estudiado y la ciclohexanona apareció como principal subproducto (probablemente debido a la acidez moderada de estos materiales). También se analizó la estabilidad y la reutilización del catalizador. Así, el material podría ser usado durante 3600 min y luego recuperado y reutilizado sin cambios significativos en las especies activas. Se propuso un camino de reacción para explicar los resultados obtenidos. Finalmente, el mejor rendimiento catalítico se observó a 320 °C y W/F=40 g h/mol.Estas condiciones permitieron lograr una conversión de ciclohexanona oxima del 54% con una selectividad a e- Caprolactama de aproximadamente 83%. Por lo tanto, bajo estas condiciones de reacción suaves podría alcanzarse un alto rendimiento de e-Caprolactama con una baja proporción de Ciclohexanona. Esta mezcla de productos (e-Caprolactama y Ciclohexanona) se puedeseparar por destilación al vacío, y así la Ciclohexanona podría ser reciclada y mediante reacción con hidroxilamina para formar ciclohexanona oxima (materia prima del reordenamiento de Beckmann), comercializada para la producción de ácido adípico, utilizada como adhesivo para sellar objetos de PVC o como disolvente en varias industrias.