Naftenske kisline (NA) so mešanica več ciklopentilnih in cikloheksilkarboksilnih kislin z molekulsko maso od 120 do 700 ali več atomskih masnih enot. Glavna frakcija so karboksilne kisline z ogljikovim skeletom od 9 do 20 atomov ogljika. Znanstveniki trdijo, da so naftenske kisline (NA) cikloalifatske karboksilne kisline z 10-16 ogljikovimi atomi, čeprav so bile kisline, ki vsebujejo do 50 ogljikovih atomov, najdene v težkih oljih.
Etimologija
Izraz ima korenine v nekoliko arhaičnem izrazu "naften" (cikloalifatski, vendar nearomatski), ki se uporablja za razvrščanje ogljikovodikov. Prvotno je bil uporabljen za opis kompleksne mešanice kislin na osnovi nafte, ko so analitske metode, ki so bile na voljo v zgodnjih 1900-ih, lahko natančno identificirale le nekatere.komponente naftenskega tipa. Danes se naftenska kislina bolj splošno uporablja za označevanje vseh karboksilnih kislin, ki so prisotne v nafti (bodisi ciklične, aciklične ali aromatske spojine), in karboksilnih kislin, ki vsebujejo heteroatome, kot sta N in S. Številne študije so pokazale, da večina cikloalifatskih kislin vsebuje tudi ravne in alifatske kisline z razvejano verigo in aromatske kisline. Nekatere kisline vsebujejo > 50 % kombiniranih alifatskih in aromatskih kislin.
Formula
Naftenske kisline so predstavljene s splošno formulo CnH2n-z O2, kjer je n število ogljikovih atomov, z pa homologna serija. Z-vrednost je 0 za nasičene aciklične kisline in se poveča na 2 v monocikličnih kislinah, na 4 v bicikličnih kislinah, na 6 v tricikličnih kislinah in na 8 v tetracikličnih kislinah.
Soli kislin, imenovane naftenati, se pogosto uporabljajo kot hidrofobni viri kovinskih ionov v različnih aplikacijah. Aluminijeve in natrijeve soli naftenske kisline in palmitinske kisline so bile med drugo svetovno vojno združene v napalm. In napalm je bil uspešno sintetiziran. Beseda "napalm" izvira iz besed "naftenska kislina" in palmitinska kislina".
priključek za olje
Narava, izvor, pridobivanje in komercialna uporaba naftenske kisline se preučuje že kar nekaj časa. Znano je, da surova nafta iz polj v Romuniji, Rusiji, Venezueli, Severnem morju, na Kitajskem in v zahodni Afrikivsebuje veliko količino kislih spojin v primerjavi z večino ameriške surove nafte. Vsebnost karboksilne kisline v nekaterih kalifornijskih naftnih derivatih je še posebej visoka (do 4 %), kjer so najpogostejši razredi karboksilnih kislin cikloalifatske in aromatske kisline.
Sestava
Sestava se razlikuje glede na sestavo surove nafte in pogoje med predelavo in oksidacijo. Frakcije, ki so bogate z naftenskimi kislinami, lahko povzročijo korozijsko poškodbo rafinerijske opreme, zato je bil fenomen kislinske korozije (NAC) dobro raziskan. Surova nafta z visoko kislostjo se pogosto imenuje surova nafta z visokim skupnim kislinskim številom (TAN) ali surova nafta z visoko kislostjo (HAC). Naftenske kisline so glavni onesnaževalec vode pri pridobivanju nafte iz naftnih pekov Athabasca (AOS). Kisline imajo tako akutno kot kronično strupenost za ribe in druge organizme.
okoljska
V svojem pogosto citiranem prispevku, objavljenem v Toxicological Sciences, je Rogers izjavil, da so mešanice naftenske kisline najpomembnejša onesnaževala okolja pri proizvodnji oljnega peska. Ugotovili so, da v najslabših pogojih akutna strupenost ni verjetna za divje sesalce, ki so izpostavljeni kislinam v vodi, vendar ima lahko ponavljajoča se izpostavljenost škodljive učinke na zdravje.
V svojem članku iz leta 2002več kot 100-krat citirani, so Rogers et al poročali o laboratorijskem postopku na osnovi topil, zasnovanem za učinkovito ekstrakcijo kislin iz velikih količin vode Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). Naftenske kisline so prisotne v AOS Tailings Water (TPW) v ocenjeni koncentraciji 81 mg/L, kar je prenizka raven, da bi se TPW lahko štel za izvedljiv vir za komercialno predelavo.
Izbriši
Naftenska kislina se odstrani iz naftnih snovi, ne le za zmanjšanje korozije, ampak tudi za pridobivanje komercialno uporabnih izdelkov. Največja trenutna in zgodovinska uporaba te kisline je pri proizvodnji kovinskih naftenatov. Kisline se ekstrahirajo iz naftnih destilatov z alkalno ekstrakcijo, regenerirajo v postopku nevtralizacije kisline in nato destilirajo, da odstranijo nečistoče. Kisline, ki se prodajajo komercialno, so razvrščene po kislinskem številu, stopnji nečistoč in barvi. Uporablja se za proizvodnjo kovinskih naftenatov in drugih derivatov, kot so estri in amidi.
Naftenati
Naftenati so kislinske soli, analogne ustreznim acetatom, bolje opredeljene, a manj uporabne. Naftenati, tako kot naftenske kisline v nafti, so zelo topni v organskih medijih, kot so barve. Uporabljajo se v industriji, vključno s proizvodnjo tako uporabnih stvari: sintetični detergenti, maziva, zaviralci korozije, aditivi za gorivo in mazalna olja, konzervansiza les, insekticide, fungicide, akaricide, vlažilna sredstva, napalmove zgoščevalce in oljna sušilna sredstva, ki se uporabljajo pri barvanju in površinski obdelavi lesa.
oljni pesek
Ena študija navaja, da so naftenske kisline najbolj aktiven onesnaževalo okolja od vseh snovi, pridobljenih pri pridobivanju nafte iz oljnega peska. Vendar pa je v pogojih uhajanja in kontaminacije malo verjetno, da bi prišlo do akutne strupenosti pri divjih sesalcih, ki so izpostavljeni kislinam v vodi jalovišča, vendar ima lahko ponavljajoča se izpostavljenost škodljive učinke na zdravje živali. Kisline so prisotne v oljnem pesku in vodi jalovine v ocenjeni koncentraciji 81 mg/L.
Z uporabo protokolov Organizacije za ekonomsko sodelovanje in razvoj (OECD) za testiranje toksičnosti so ameriški raziskovalci trdili, da na podlagi svojih študij prečiščeni NA, če jih jemljejo peroralno, niso bili akutno genotoksični za sesalce. Vendar pa se lahko škoda, ki jo povzroči NDT zaradi kratkotrajne izpostavljenosti med akutno ali občasno izpostavljenostjo, kopiči pri ponavljajoči se izpostavljenosti.
ciklopentan
Ciklopentan je vnetljiv aliciklični ogljikovodik s kemijsko formulo C5H10 in številko CAS 287-92-3, sestavljen iz obroča petih ogljikovih atomov, od katerih je vsak vezan na dva vodikova atoma nad in pod ravnino. Pogosto je predstavljen v oblikibrezbarvna tekočina z vonjem, podobnim bencinu. Njegovo tališče je -94°C, vrelišče pa 49°C. Ciklopentan spada v razred cikloalkanov in so alkani z enim ali več obroči ogljikovih atomov. Nastane s krekingom cikloheksana v prisotnosti aluminijevega oksida pri visoki temperaturi in tlaku.
Proizvodnja naftenskih kislin, vključno s ciklopentanom, je v zadnjih letih izgubila nekdanji množični značaj.
Prvič ga je pripravil leta 1893 nemški kemik Johannes Wieslikus. V zadnjem času se pogosto imenuje naftenske kisline.
vloga v produkciji
Ciklopentan se uporablja pri proizvodnji sintetičnih smol in gumijastih lepil ter kot penilec pri proizvodnji poliuretanske izolacijske pene, ki jo najdemo v številnih gospodinjskih aparatih, kot so hladilniki in zamrzovalniki, ki nadomešča okolju škodljive alternative, kot je npr. CFC -11 in HCFC- 141b.
Maziva z več ciklopentanskim alkiliranjem (MAC) imajo nizko hlapnost in se uporabljajo v nekaterih specializiranih aplikacijah.
Združene države proizvedejo več kot pol milijona kilogramov te kemikalije na leto. V Rusiji se naftenske kisline (vključno s ciklopentanom) proizvajajo kot naravni produkt predelave olja.
Cikloalkane je mogoče izdelati s postopkom, znanim kot katalitično reformiranje. Na primer, 2-metilbutan se lahko pretvori v ciklopentan z uporabo platinskega katalizatorja. To se še posebej uporablja vavtomobili, saj bodo razvejani alkani goreli veliko hitreje.
fizikalne in kemijske lastnosti
Presenetljivo začnejo njihovi cikloheksani vreti za 10 °C višje kot heksahidrobenzen ali heksanaften, vendar je to uganko leta 1895 rešil Markovnikov, N. M. Kishner in Nikolaj Zelinsky, ko sta heksahidrobenzen in heksanaften preoblikovala v metilciklopentan - rezultat nepričakovanega odziva.
Čeprav je cikloheksan precej nereaktiven, je podvržen katalitični oksidaciji, da nastane cikloheksanon in cikloheksanol. Mešanica cikloheksanona-cikloheksanola, imenovana "KA olje", je surovina za adipinsko kislino in kaprolaktam, predhodnika najlona.
Prijava
Uporablja se kot topilo v nekaterih znamkah korekturne tekočine. Cikloheksan se včasih uporablja kot nepolarno organsko topilo, čeprav se za ta namen pogosteje uporablja n-heksan. Pogosto se uporablja tudi kot topilo za rekristalizacijo, saj ima veliko organskih spojin dobro topnost v vročem cikloheksanu in slabo topnost pri nizkih temperaturah.
Cikloheksan se uporablja tudi za kalibriranje instrumentov diferencialne skenirajoče kalorimetrije (DSC) zaradi priročnega prehoda kristal-kristal pri -87,1 °C.
Hlapi cikloheksana se uporabljajo v vakuumskih pečeh za naogljičenje pri proizvodnji opreme za toplotno obdelavo.
Deformacija
Prostan s 6 oglišči se ne ujema z obliko popolnega šesterokotnika. Konformacija ravninskega šesterokotnika ima znatno kotno deformacijo, ker njene vezi niso 109,5 stopinj. Pomembna bo tudi torzijska deformacija, saj bodo vse vezi zatemnjene.
Zato, da bi zmanjšal torzijsko deformacijo, cikloheksan sprejme tridimenzionalno strukturo, znano kot "konformacijski stol". Obstajata še dva vmesna konformerja - "half stol", ki je najbolj nestabilen konformer, in "twist boat", ki je bolj stabilen. Ta ekscentrična imena je prvič predlagal Hermann Sachs že leta 1890, vendar so postala splošno sprejeta veliko pozneje.
Polovica vodikovih atomov je v ravnini obroča (ekvatorialno), druga polovica pa je pravokotna na ravnino (aksialno). Ta konformacija zagotavlja najbolj stabilno strukturo cikloheksana. Obstaja še ena konformacija cikloheksana, znana kot "konformacija čolna", vendar se bo spremenila v nekoliko bolj stabilno tvorbo "blato".
Cikloheksan ima najnižji kot in torzijsko deformacijo od vseh cikloalkanov, zaradi česar se cikloheksan šteje za 0 v skupni deformaciji obroča. Enako velja za natrijeve soli naftenskih kislin.
faze
Cikloheksan ima dve kristalni fazi. Visokotemperaturna faza I, stabilna med +186 °C in temperaturotališče +280 °C, je plastični kristal, kar pomeni, da molekule ohranijo določeno stopnjo svobode gibanja. Nizkotemperaturna (pod 186°C) faza II je bolj urejena. Drugi dve nizkotemperaturni (metastabilni) fazi III in IV sta bili pridobljeni z uporabo zmernih tlakov nad 30 MPa, faza IV pa se pojavlja izključno v devteriranem cikloheksanu (upoštevajte, da uporaba tlaka poveča vse temperature prehoda).
