Нафтенові кислоти (НА) являють собою суміш декількох циклопентильных і циклогексилкарбоновых кислот з молекулярною масою від 120 до 700 і більше одиниць атомної маси. Основною фракцією є карбонові кислоти з вуглецевим скелетом від 9 до 20 атомів вуглецю. Вчені стверджують, що нафтенові кислоти (НА) являють собою циклоалифатические карбонові кислоти з 10-16 атомами вуглецю, хоча важкої нафти були виявлені кислоти, що містять до 50 атомів вуглецю.

Етимологія

Термін має коріння в кілька архаїчному термін «нафтен» (ціклоаліфатіческій, але неароматический), який використовується для класифікації вуглеводнів. Спочатку він використовувався для опису складної суміші кислот на основі нафти, коли аналітичні методи, доступні на початку 1900-х років, могли з точністю ідентифікувати лише кілька компонентів нафтенові типу. Сьогодні нафтенова кислота використовується в більш загальному сенсі для позначення всіх карбонових кислот, присутніх у нафті (будь то циклічні, ациклічні або ароматичні з’єднання), і карбонових кислот, що містять гетероатомы, такі як N і S. Численні дослідження показали, що більшість циклоалифатических кислот також містять аліфатичні кислоти з прямою й розгалуженим ланцюгом і ароматичні кислоти. Деякі кислоти містять > 50% комбінованих аліфатичних і ароматичних кислот.

Формула

Нафтенові кислоти представлені загальною формулою c n h 2n-z O2, де n позначає число атомів вуглецю, а z позначає гомологичный ряд. Значення z дорівнює 0 для насичених ациклічних кислот та збільшується до 2 в моноциклических кислотах, до 4 в біциклічних кислотах, до 6 трициклічних кислотах і до 8 в тетрациклических кислотах.

Солі кислот, звані нафтенатами, широко використовуються в якості гідрофобних джерел іонів металів в різних областях застосування. Алюмінієві та натрієві солі нафтеновой кислоти і пальмітинової кислоти були об’єднані під час Другої світової війни для отримання напалму. І напалм був вдало синтезований. Слово «напалм» походить від слів «нафтенова кислота» і пальмітинова кислота».

Зв’язок з нафтою

Природа, походження, витяг і комерційне використання нафтеновой кислоти були вивчені вже досить давно. Відомо, що сира нафта з родовищ у Румунії, Росії, Венесуелі, Північному морі, Китаї і Західній Африці містить велику кількість кислих сполук порівняно з більшістю американської сирої нафти. Зміст карбонової кислоти в деяких каліфорнійських нафтопродуктах особливо велике (до 4 %), де, як повідомляється, найбільш поширеними класами карбонових кислот є циклоалифатические і ароматичні кислоти.

Склад

Склад варіюється в залежності від складу сирої нафти і умов під час переробки і окислення. Фракції, які багаті нафтеновыми кислотами, можуть викликати корозійне пошкодження обладнання нафтопереробного заводу, тому явище корозії кислоти (NAC) добре вивчено. Сира нафта з високим вмістом кислот часто згадується як сира нафта з високим загальним кислотним числом (TAN) або сира нафта з високою кислотністю (HAC). Нафтенові кислоти є основним забруднювачем в воді, отриманим при видобутку нафти з нафтоносних пісків Атабаски (AOS). Кислоти володіють як гострої, так і хронічної токсичність для риб та інших організмів.

Дивіться також:  Вітебський медичний університет, факультети та прохідні бали

Екологічний аспект

У своїй часто цитованої статті, опублікованій в Toxicological Sciences, Роджерс заявив, що суміші нафтенових кислот є найбільш значними забруднювачами навколишнього середовища в результаті видобутку нафти з родовищ нафтоносних пісків. Вони виявили, що в умовах найгіршого випадку гостра токсичність малоймовірна для диких ссавців, які зазнали впливу кислот у воді, але повторний вплив може мати несприятливі наслідки для здоров’я.

У своїй статті 2002 року, цитованої понад 100 разів, Роджерс і співавтори повідомили про лабораторної процедурою на основі розчинників, розробленої для ефективного вилучення кислот з великих обсягів води хвостосховища (TPW) нафтоносних пісків Атабаски. Нафтенові кислоти присутні у воді хвостосховища AOS (TPW) у передбачуваної концентрації 81 мг/л, надто низький рівень для TPW, щоб вважатися життєздатним джерелом для комерційного відновлення.

Видалення

Нафтенова кислота видаляється з нафтових речовин не тільки для мінімізації корозії, але і для вилучення комерційно корисних продуктів. Найбільшу поточне та історичне використання цієї кислоти припадає на виробництво нафтенат металів. Кислоти витягуються з нафтових дистилятів шляхом лужної екстракції, регенеруються в процесі кислотної нейтралізації, а потім переганяють для видалення домішок. Кислоти, що продаються комерційно, класифікуються за кислотного числа, рівнем домішок і кольором. Використовуються для отримання нафтенат металів та інших похідних, таких як складні ефіри та аміди.

Нафтенаты

Нафтенаты являють собою солі кислот, аналогічні відповідним ацетатам, які краще визначені, але менш корисні. Нафтенаты, як і нафтенові кислоти нафти, добре розчинні в органічних середовищах, таких як фарби. Вони застосовуються в промисловості, включаючи виробництво таких корисних речей: синтетичні мийні засоби, мастильні матеріали, інгібітори корозії, присадки до палив і мастил, консерванти для деревини, інсектициди, фунгіциди, акарициди, змочувальні агенти, загусники напалму і масляні осушувачі, використовувані при фарбуванні і обробці поверхні деревини.

Нафтоносні піски

В одному з досліджень говориться, що нафтенові кислоти є найбільш активними забруднювачами навколишнього середовища із усіх речовин, отриманих в результаті видобутку нафти з родовищ нафтоносних пісків. Однак в умовах витоку і забруднення гостра токсичність малоймовірна для диких ссавців, які зазнають дії кислот у воді ставка, що знаходиться біля хвостосховища, але повторний вплив може мати несприятливі наслідки для здоров’я тварин. Кислоти присутні в нафтоносних пісках і у воді у хвостосховищах у передбачуваної концентрації 81 мг/л.

Дивіться також:  Московський кримінальний розшук: історія освіти, структура, цікаві відомості

Використовуючи протоколи Організації економічного співробітництва і розвитку (OECD) для тестування токсичності, американські дослідники стверджували, що на підставі їхніх досліджень очищені ПК при пероральному вживанні не були гостро генотоксичны для ссавців. Тим не менш пошкодження, викликані ПК при короткочасному впливі при гострому або переривчастому дії, можуть накопичуватися при повторному впливі.

Циклопентан

Циклопентан є легкозаймистим алициклическим вуглеводнем з хімічною формулою C5H10 і номером CAS 287-92-3, що складається з кільця з п’яти атомів вуглецю, кожне з яких пов’язане з двома атомами водню над і під площиною. Він часто представлений у вигляді безбарвної рідини з запахом, схожим на бензин. Температура його плавлення становить -94 °C, а температура кипіння становить 49 °C. Циклопентан відноситься до класу циклоалканов і являє собою алкани з одним або кількома кільцями атомів вуглецю. Він утворюється шляхом крекінгу циклогексану в присутності оксиду алюмінію при високій температурі і тиску.

Виробництво нафтенових кислот, включаючи циклопентан, в останні роки втратило колишню масовість.

Вперше він був підготовлений у 1893 році німецьким хіміком Йоханнесом Висликусом. Останнім часом його часто відносять до нафтеновым кислот.

Роль у виробництві

Циклопентан використовується у виробництві синтетичних смол і гумових адгезивів, а також в якості спінюючого агента при виробництві поліуретановою ізолюючої піни, що зустрічається у багатьох побутових приладах, таких як холодильники і морозильники, замінюючи шкідливі для навколишнього середовища альтернативи, такі як ХФВ-11 і ГХФУ — 141b.

Мастила з багаторазовим алкилированием циклопентану (MAC) володіють низькою летючістю і використовуються в деяких спеціалізованих застосуваннях.

Сполучені Штати виробляють понад півмільйона кілограмів цієї хімічної речовини в рік. У Росії нафтенові кислоти (включаючи циклопентан) виробляються як природний продукт обробки нафти.

Циклоалканы можуть бути отримані з допомогою процесу, відомого як каталітичний риформінг. Наприклад, 2-метилбутан може бути перетворений в циклопентан з використанням платинового каталізатора. Це особливо часто використовується в автомобілях, так як розгалужені алкани будуть горіти набагато швидше.

Фізичні і хімічні характеристики

Дивно, але їх циклогексаны починають кипіти на 10 °C вище, ніж гексагидробензол або гексанафтен, але ця загадка була розгадана в 1895 році Марковниковым, Н.М. Кишнером і Миколою Зелінським, коли вони перепризначили гексагидробензол і гексанафтен як метилциклопентан — результат несподіваного зворотного удару.

Дивіться також:  Супрамолекулярна хімія: складні хімічні системи, типи взаємодії, об'єкти вивчення і загальні поняття

Хоча циклогексан досить нереакционноспособен, він піддається каталітичного окислення з утворенням циклогексанону та циклогексанолу. Суміш циклогексанон-циклогексанол, звана «масло КА», є сировиною для адипінової кислоти і капролактаму, попередників нейлону.

Застосування

Він використовується в якості розчинника в деяких марках коригувальної рідини. Циклогексан іноді використовується в якості неполярного органічного розчинника, хоча н-гексан все ж більш широко використовується для цієї мети. Він також часто використовується в якості розчинника для перекристалізації, так як багато органічні сполуки проявляють добру розчинність у гарячому циклогексане і погану розчинність при низьких температурах.

Циклогексан також використовується для калібрування приладів диференціальної скануючої калориметрії (ДСК) через зручного переходу кристал-кристал при -87,1 °C.

Пари циклогексану використовуються у вакуумних цементационных печах при виробництві обладнання для термообробки.

Деформація

Кільце з 6 вершинами не відповідає формі ідеального шестикутника. Конформація плоского шестикутника має значну кутову деформацію, тому що його не становлять 109,5 градусів. Деформація кручення також буде значною, оскільки всі зв’язки будуть затмеваться.

Отже, щоб зменшити деформацію кручення, циклогексан приймає тривимірну структуру, відому як «конформаційний стілець». Є також два інших проміжних конформера — «половинний стілець», який є найбільш нестабільним конформером, і «твіст-човен», яка більш стійка. Вперше ці дивакуваті назви були запропоновані ще в 1890 році Германом Саксом, але отримали широке визнання набагато пізніше.

Половина атомів водню знаходиться в площині кільця (екваторіально), а інша половина перпендикулярна площині (аксіально). Ця конформація забезпечує найбільш стабільну структуру циклогексану. Існує інша конформація циклогексану, відома як «конформаційна човен», але вона перетворюється у дещо більш стійке освіту «стільця».

Циклогексан має найнижчий кут і крутну деформацію серед усіх циклоалканов, в результаті чого циклогексан вважається рівним 0 в загальній кільцевої деформації. Те ж саме актуально і для натрієвих солей нафтенових кислот.

Фази

Циклогексан володіє двома кристалічними фазами. Високотемпературна фаза I, стабільна між +186 °C і температурою плавлення +280 °C, являє собою пластичний кристал, що означає, що молекули зберігають певну ступінь свободи переміщення. Низькотемпературна (нижче 186 °C) фаза II більш впорядкована. Дві інші низькотемпературні (метастабільні) фази III і IV були отримані шляхом застосування помірних тисків вище 30 МПа, а фаза IV з’являється виключно в дейтерированном циклогексане (зверніть увагу, що застосування тиску збільшує значення всіх температур переходу).