Nafteno rūgštys (NA) yra kelių ciklopentilo ir cikloheksilkarboksirūgščių mišinys, kurio molekulinė masė yra nuo 120 iki 700 ar daugiau atominės masės vienetų. Pagrindinė frakcija yra karboksirūgštys, kurių anglies skeletas yra nuo 9 iki 20 anglies atomų. Mokslininkai teigia, kad nafteno rūgštys (NA) yra cikloalifatinės karboksirūgštys, turinčios 10–16 anglies atomų, nors rūgščių, turinčių iki 50 anglies atomų, buvo rasta sunkiuosiuose aliejuose.
Etimologija
Šis terminas kilęs iš šiek tiek archajiško termino „naftenas“(cikloalifatinis, bet nearomatinis), kuris naudojamas angliavandeniliams klasifikuoti. Iš pradžių jis buvo naudojamas apibūdinti sudėtingą naftos pagrindu pagamintų rūgščių mišinį, kai 1900-ųjų pradžioje turimi analitiniai metodai galėjo tiksliai nustatyti tik keletą.nafteninio tipo komponentai. Šiandien nafteno rūgštis vartojama plačiau, kalbant apie visas naftoje esančias karboksirūgštis (ciklinius, aciklinius ar aromatinius junginius) ir karboksirūgštis, turinčias heteroatomų, tokių kaip N ir S. Daugybė tyrimų parodė, kad daugumoje cikloalifatinių rūgščių taip pat yra tiesioginių ir šakotosios grandinės alifatinės ir aromatinės rūgštys. Kai kuriose rūgštyse yra > 50 % alifatinių ir aromatinių rūgščių.
Formulė
Nafteno rūgštys vaizduojamos pagal bendrą formulę CnH2n-z O2, kur n yra anglies atomų skaičius, o z yra homologinė eilutė. Sočiųjų aciklinių rūgščių z reikšmė yra 0, o monociklinėse rūgštyse padidėja iki 2, biciklinėse rūgštyse iki 4, triciklinėse rūgštyse iki 6 ir tetraciklinėse rūgštyse iki 8.
Rūgščių druskos, vadinamos naftenatais, yra plačiai naudojamos kaip hidrofobiniai metalų jonų š altiniai įvairiais tikslais. Nafteno rūgšties ir palmitino rūgšties aliuminio ir natrio druskos per Antrąjį pasaulinį karą buvo sujungtos, kad gautų napalmą. Ir napalmas buvo sėkmingai susintetintas. Žodis „napalmas“kilęs iš žodžių „nafteno rūgštis“ir palmitino rūgštis“.
Alyvos jungtis
Nafteno rūgšties prigimtis, kilmė, gavyba ir komercinis naudojimas buvo tiriamas gana ilgą laiką. Yra žinoma, kad žalia nafta iš telkinių Rumunijoje, Rusijoje, Venesueloje, Šiaurės jūroje, Kinijoje ir Vakarų Afrikojeyra daug rūgščių junginių, palyginti su dauguma JAV žalios naftos. Karboksirūgšties kiekis kai kuriuose Kalifornijos naftos produktuose yra ypač didelis (iki 4 %), kur dažniausiai pasitaikančios karboksirūgštys yra cikloalifatinės ir aromatinės rūgštys.
Sudėtis
Sudėtis skiriasi priklausomai nuo žalios naftos sudėties ir apdorojimo bei oksidacijos sąlygų. Frakcijos, kuriose yra daug nafteno rūgščių, gali sukelti korozijos žalą naftos perdirbimo gamykloms, todėl rūgštinės korozijos (NAC) reiškinys buvo gerai ištirtas. Didelės rūgšties žaliava nafta dažnai vadinama didelio bendro rūgščių skaičiaus (TAN) žalia nafta arba didelio rūgštingumo žalia nafta (HAC). Nafteno rūgštys yra pagrindinis vandens teršalas, gaunamas išgaunant naftą iš Athabasca naftos smėlio (AOS). Rūgštys turi ūmų ir lėtinį toksiškumą žuvims ir kitiems organizmams.
Aplinkosauga
Savo dažnai cituojamame dokumente, paskelbtame žurnale Toxicological Sciences, Rogersas teigė, kad nafteno rūgšties mišiniai yra didžiausias aplinkos teršalas, atsirandantis dėl naftos smėlio gamybos. Jie nustatė, kad blogiausiu atveju ūmus toksiškumas laukiniams žinduoliams, veikiamiems vandens rūgščių, yra mažai tikėtinas, tačiau pakartotinis poveikis gali turėti neigiamą poveikį sveikatai.
Savo 2002 m. straipsnyjeCituota daugiau nei 100 kartų, Rogers ir kt. pranešė apie tirpikliu pagrįstą laboratorinę procedūrą, skirtą efektyviai išgauti rūgštis iš didelio Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW) vandens kiekio. Nafteno rūgščių AOS atliekų vandenyje (TPW) yra 81 mg/l, o tai yra per mažas kiekis, kad TPW būtų laikomas perspektyviu komercinio regeneravimo š altiniu.
Ištrinti
Nafteno rūgštis pašalinama iš naftos medžiagų ne tik siekiant sumažinti koroziją, bet ir atgauti komerciškai naudingus produktus. Didžiausias dabartinis ir istorinis šios rūgšties panaudojimas yra metalo naftenatų gamyboje. Rūgštys išgaunamos iš naftos distiliatų šarminės ekstrakcijos būdu, regeneruojamos rūgšties neutralizavimo procese, o vėliau distiliuojamos, kad būtų pašalintos priemaišos. Parduodamos rūgštys klasifikuojamos pagal rūgšties skaičių, priemaišų lygį ir spalvą. Naudojamas metalų naftenatams ir kitiems dariniams, pvz., esteriams ir amidams, gaminti.
Naftenatai
Naftenatai yra rūgščių druskos, analogiškos atitinkamiems acetatams, geriau apibrėžtos, bet mažiau naudingos. Naftenatai, kaip ir naftos nafteno rūgštys, gerai tirpsta organinėse terpėse, tokiose kaip dažai. Jie naudojami pramonėje, įskaitant tokių naudingų dalykų gamybą: sintetiniai plovikliai, tepalai, korozijos inhibitoriai, degalų ir tepalų priedai, konservantai.medienai, insekticidams, fungicidams, akaricidams, drėkinančioms medžiagoms, napalmo tirštikliais ir aliejaus sausiklius, naudojamus dažymui ir medienos paviršiaus apdorojimui.
Naftos smėlis
Viename tyrime teigiama, kad nafteno rūgštys yra aktyviausias aplinkos teršalas iš visų medžiagų, gaunamų išgaunant naftą iš naftos smėlio. Tačiau nuotėkio ir užteršimo sąlygomis ūmus toksiškumas laukiniams žinduoliams, veikiamiems rūgščių atliekų tvenkinio vandenyje, greičiausiai nepasireikš, tačiau pakartotinis poveikis gali turėti neigiamą poveikį gyvūnų sveikatai. Numatoma rūgščių koncentracija naftos smėlyje ir atliekų vandenyje yra 81 mg/l.
Naudodami Ekonominio bendradarbiavimo ir plėtros organizacijos (EBPO) protokolus toksiškumo tyrimams, JAV mokslininkai teigė, kad, remiantis jų tyrimais, išgrynintos NA, vartojamos per burną, nebuvo ūmaus genotoksiškumo žinduoliams. Tačiau žala, kurią sukelia NDT dėl trumpalaikio poveikio ūmaus ar pertraukiamo poveikio metu, gali kauptis pakartotinai veikiant.
Ciklopentanas
Ciklopentanas yra degus aliciklinis angliavandenilis, kurio cheminė formulė C5H10 ir CAS numeris 287-92-3, sudarytas iš penkių anglies atomų žiedo, kurių kiekvienas yra sujungtas su dviem vandenilio atomais aukščiau ir žemiau plokštumos. Jis dažnai pateikiamas formojebespalvis skystis, kurio kvapas panašus į benziną. Jo lydymosi temperatūra yra -94 ° C, o virimo temperatūra yra 49 ° C. Ciklopentanas priklauso cikloalkanų klasei ir yra alkanai, turintys vieną ar daugiau anglies atomų žiedų. Jis susidaro krekinguojant cikloheksaną, esant aukštai temperatūrai ir slėgiui, esant aliuminio oksidui.
Nafteno rūgščių, įskaitant ciklopentaną, gamyba pastaraisiais metais prarado savo masinį pobūdį.
Pirmą kartą 1893 m. jį paruošė vokiečių chemikas Johannesas Wieslikus. Pastaruoju metu ji dažnai vadinama nafteno rūgštimis.
Vaidmuo gamyboje
Ciklopentanas naudojamas sintetinių dervų ir gumos klijų gamyboje bei kaip putimo medžiaga poliuretano izoliacinių putų gamyboje, kurios yra daugelyje buitinių prietaisų, tokių kaip šaldytuvai ir šaldikliai, pakeičiant aplinkai kenksmingas alternatyvas, pvz. CFC -11 ir HCFC-141b.
Kelių ciklopentano alkilinimo (MAC) tepalai yra mažai lakūs ir naudojami kai kuriose specializuotose srityse.
Jungtinės Valstijos per metus pagamina daugiau nei pusę milijono kilogramų šios cheminės medžiagos. Rusijoje nafteno rūgštys (įskaitant ciklopentaną) gaminamos kaip natūralus naftos perdirbimo produktas.
Cikloalkanai gali būti pagaminti naudojant procesą, žinomą kaip katalizinis riformingas. Pavyzdžiui, 2-metilbutanas gali būti paverstas ciklopentanu naudojant platinos katalizatorių. Tai ypač naudojamaautomobilius, nes šakotieji alkanai degs daug greičiau.
Fizikinės ir cheminės savybės
Nuostabu, kad jų cikloheksanai pradeda virti 10 °C aukščiau nei heksahidrobenzenas ar heksanaftenas, tačiau šią mįslę 1895 m. įminė Markovnikovas, N. M. Kishneris ir Nikolajus Zelinskis, kai jie heksahidrobenzeną ir heksanafteną panaudojo kaip metilciklopentaną – netikėtos reakcijos rezultatas.
Nors gana nereaguoja, cikloheksanas kataliziškai oksiduojamas ir susidaro cikloheksanonas ir cikloheksanolis. Cikloheksanono ir cikloheksanolio mišinys, vadinamas „KA aliejumi“, yra adipo rūgšties ir kaprolaktamo, nailono pirmtakų, žaliava.
Programa
Jis naudojamas kaip tirpiklis kai kurių prekių ženklų korekcijos skysčiuose. Cikloheksanas kartais naudojamas kaip nepolinis organinis tirpiklis, nors šiam tikslui dažniau naudojamas n-heksanas. Jis taip pat dažnai naudojamas kaip rekristalizavimo tirpiklis, nes daugelis organinių junginių gerai tirpsta karštame cikloheksane ir prastai tirpsta žemoje temperatūroje.
Cikloheksanas taip pat naudojamas diferencialinės skenuojančios kalorimetrijos (DSC) prietaisams kalibruoti dėl patogaus kristalo į kristalą perėjimo esant -87,1 °C.
Cikloheksano garai naudojami vakuuminėse karbiuracinėse krosnyse, gaminant terminio apdorojimo įrangą.
Deformacija
6 viršūnių žiedas neatitinka tobulo šešiakampio formos. Plokštuminė šešiakampė konformacija turi didelę kampinę įtampą, nes jos ryšiai nėra 109,5 laipsnių. Sukimo deformacija taip pat bus reikšminga, nes visi ryšiai bus užtemdyti.
Todėl, siekiant sumažinti sukimo deformaciją, cikloheksanas naudoja trimatę struktūrą, vadinamą „konformacine kėde“. Taip pat yra dar du tarpiniai konformeriai – „half chair“, kuris yra pats nestabiliausias konformeris, ir „twist boat“, kuris yra stabilesnis. Šiuos ekscentriškus pavadinimus dar 1890 m. pirmą kartą pasiūlė Hermannas Sachsas, tačiau jie buvo plačiai priimti daug vėliau.
Pusė vandenilio atomų yra žiedo plokštumoje (pusiaujo kryptimi), o kita pusė yra statmena plokštumai (ašiai). Ši konformacija suteikia stabiliausią cikloheksano struktūrą. Yra dar viena cikloheksano konformacija, žinoma kaip „v alties konformacija“, tačiau ji pavirs į šiek tiek stabilesnę „išmatų“formaciją.
Cikloheksanas turi mažiausią kampą ir sukimo deformaciją iš visų cikloalkanų, todėl cikloheksanas yra laikomas 0 bendroje žiedo deformacijoje. Tas pats pasakytina ir apie nafteno rūgščių natrio druskas.
Fazės
Cikloheksanas turi dvi kristalines fazes. Aukštos temperatūros I fazė, stabili nuo +186 °C iki temperatūrosLydymosi temperatūra +280 °C, yra plastikinis kristalas, o tai reiškia, kad molekulės išlaiko tam tikrą judėjimo laisvę. Žemos temperatūros (žemiau 186°C) II fazė yra labiau tvarkinga. Kitos dvi žemos temperatūros (metastabilios) III ir IV fazės buvo gautos taikant vidutinį slėgį, viršijantį 30 MPa, o IV fazė atsiranda tik deuteruotame cikloheksane (atkreipkite dėmesį, kad slėgis padidina visas pereinamąsias temperatūras).
