Naftenové kyseliny (NA) jsou směsí několika cyklopentylových a cyklohexylkarboxylových kyselin s molekulovou hmotností 120 až 700 nebo více atomových hmotnostních jednotek. Hlavní frakcí jsou karboxylové kyseliny s uhlíkovým skeletem od 9 do 20 atomů uhlíku. Vědci tvrdí, že naftenové kyseliny (NA) jsou cykloalifatické karboxylové kyseliny s 10-16 atomy uhlíku, ačkoli kyseliny obsahující až 50 atomů uhlíku byly nalezeny v těžkých olejích.
Etymologie
Tento termín má své kořeny v poněkud archaickém termínu „naften“(cykloalifatický, ale nearomatický), který se používá ke klasifikaci uhlovodíků. Původně se používal k popisu komplexní směsi kyselin na bázi ropy, když analytické metody dostupné na počátku 20. století dokázaly s přesností identifikovat pouze několik z nich.komponenty naftenického typu. Dnes se kyselina naftenová používá obecněji k označení všech karboxylových kyselin přítomných v ropě (ať už cyklických, acyklických nebo aromatických sloučenin) a karboxylových kyselin obsahujících heteroatomy, jako je N a S. Četné studie ukázaly, že většina cykloalifatických kyselin obsahuje také přímé a alifatické kyseliny s rozvětveným řetězcem a aromatické kyseliny. Některé kyseliny obsahují > 50% kombinovaných alifatických a aromatických kyselin.
Formule
Naftenové kyseliny jsou reprezentovány obecným vzorcem CnH2n-z O2, kde n je počet atomů uhlíku az je homologní řada. Hodnota z je 0 pro nasycené acyklické kyseliny a zvyšuje se na 2 u monocyklických kyselin, na 4 u bicyklických kyselin, na 6 u tricyklických kyselin a na 8 u tetracyklických kyselin.
Soli kyselin nazývané naftenáty se široce používají jako hydrofobní zdroje kovových iontů v různých aplikacích. Hliníkové a sodné soli kyseliny naftenové a kyseliny palmitové byly během 2. světové války spojeny za vzniku napalmu. A napalm byl úspěšně syntetizován. Slovo "napalm" pochází ze slov "kyselina naftenová" a kyselina palmitová."
Olejové spojení
Povaha, původ, extrakce a komerční využití kyseliny naftenové byly studovány již nějakou dobu. Je známo, že ropa z nalezišť v Rumunsku, Rusku, Venezuele, Severním moři, Číně a západní Africeobsahuje velké množství kyselých sloučenin ve srovnání s většinou americké ropy. Obsah karboxylových kyselin v některých kalifornských ropných produktech je zvláště vysoký (až 4 %), přičemž nejběžnějšími třídami karboxylových kyselin jsou podle zpráv cykloalifatické a aromatické kyseliny.
Složení
Složení se liší v závislosti na složení surové ropy a podmínkách během zpracování a oxidace. Frakce, které jsou bohaté na naftenové kyseliny, mohou způsobit korozi zařízení rafinerie, takže fenomén kyselé koroze (NAC) byl dobře studován. Vysoce kyselá ropa je často označována jako ropa s vysokým celkovým číslem kyselosti (TAN) nebo ropa s vysokou kyselostí (HAC). Naftenové kyseliny jsou hlavním kontaminantem ve vodě z těžby ropy z ropných písků Athabasca (AOS). Kyseliny mají akutní i chronickou toxicitu pro ryby a další organismy.
Environmentální
Ve své často citované práci publikované v Toxicological Sciences Rogers uvedl, že směsi kyselin naftenových jsou nejvýznamnějšími látkami znečišťujícími životní prostředí při výrobě ropných písků. Zjistili, že za nejhorších podmínek je akutní toxicita pro volně žijící savce vystavené kyselinám ve vodě nepravděpodobná, ale opakovaná expozice může mít nepříznivé zdravotní účinky.
Ve svém článku z roku 2002Více než 100krát citováno, Rogers et al. uvedli laboratorní postup založený na rozpouštědlech navržený k účinné extrakci kyselin z velkých objemů vody Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). Naftenové kyseliny jsou přítomny v AOS Tailings Water (TPW) v odhadované koncentraci 81 mg/l, což je příliš nízká hladina na to, aby byla TPW považována za životaschopný zdroj pro komerční využití.
Smazat
Kyselina naftenová se odstraňuje z ropných látek nejen za účelem minimalizace koroze, ale také za účelem získání komerčně využitelných produktů. Největší současné i historické využití této kyseliny je při výrobě kovových naftenátů. Kyseliny se extrahují z ropných destilátů alkalickou extrakcí, regenerují se v procesu neutralizace kyselin a poté se destilují, aby se odstranily nečistoty. Komerčně prodávané kyseliny jsou klasifikovány podle čísla kyselosti, úrovně nečistot a barvy. Používá se k výrobě naftenátů kovů a dalších derivátů, jako jsou estery a amidy.
Naftenáty
Naftenáty jsou kyselé soli analogické odpovídajícím acetátům, lépe definované, ale méně užitečné. Naftenáty, stejně jako naftenové kyseliny v ropě, jsou vysoce rozpustné v organických médiích, jako jsou barvy. Používají se v průmyslu, včetně výroby takových užitečných věcí: syntetické detergenty, maziva, inhibitory koroze, přísady do paliv a mazacích olejů, konzervantyna dřevo, insekticidy, fungicidy, akaricidy, smáčedla, napalmová zahušťovadla a vysoušedla olejů používaná při nátěrech a povrchových úpravách dřeva.
Ropné písky
Jedna studie uvádí, že naftenové kyseliny jsou nejaktivnější látkou znečišťující životní prostředí ze všech látek pocházejících z těžby ropy z ropných písků. Za podmínek úniku a kontaminace je však výskyt akutní toxicity u volně žijících savců vystavených kyselinám ve vodě odkaliště nepravděpodobný, avšak opakovaná expozice může mít nepříznivé účinky na zdraví zvířat. Kyseliny jsou přítomny v ropných píscích a hlušinové vodě v odhadované koncentraci 81 mg/l.
Pomocí protokolů Organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj (OECD) pro testování toxicity američtí vědci tvrdili, že na základě jejich studií nebyly purifikované NA při perorálním podání akutně genotoxické pro savce. Poškození způsobené NDT z krátkodobé expozice během akutní nebo intermitentní expozice se však může nahromadit při opakované expozici.
Cyklopentan
Cyklopentan je hořlavý alicyklický uhlovodík s chemickým vzorcem C5H10 a číslem CAS 287-92-3, sestávající z kruhu pěti atomů uhlíku, z nichž každý je vázaný ke dvěma atomům vodíku nad a pod rovinou. Často je prezentován ve forměbezbarvá kapalina s vůní podobnou benzínu. Jeho bod tání je -94°C a bod varu 49°C. Cyklopentan patří do třídy cykloalkanů a jsou to alkany s jedním nebo více kruhy atomů uhlíku. Vzniká krakováním cyklohexanu v přítomnosti oxidu hlinitého při vysoké teplotě a tlaku.
Výroba naftenových kyselin, včetně cyklopentanu, ztratila v posledních letech svůj dřívější masový charakter.
Poprvé byl připraven v roce 1893 německým chemikem Johannesem Wieslikusem. V poslední době se často označuje jako naftenové kyseliny.
Role ve výrobě
Cyklopentan se používá při výrobě syntetických pryskyřic a kaučukových lepidel a jako nadouvadlo při výrobě polyuretanové izolační pěny, která se nachází v mnoha domácích spotřebičích, jako jsou chladničky a mrazničky, a nahrazuje tak ekologicky škodlivé alternativy, jako je např. CFC -11 a HCFC- 141b.
lubrikanty s vícenásobnou cyklopentanovou alkylací (MAC) mají nízkou těkavost a používají se v některých specializovaných aplikacích.
Spojené státy ročně vyrobí více než půl milionu kilogramů této chemikálie. V Rusku se naftenové kyseliny (včetně cyklopentanu) vyrábějí jako přírodní produkt při zpracování ropy.
Cykloalkany lze vyrobit pomocí procesu známého jako katalytické reformování. Například 2-methylbutan lze převést na cyklopentan pomocí platinového katalyzátoru. To se používá zejména vauta, protože rozvětvené alkany budou hořet mnohem rychleji.
Fyzikální a chemické vlastnosti
Překvapivě jejich cyklohexany začínají vřít o 10 °C výše než hexahydrobenzen nebo hexanaften, ale tuto hádanku rozluštil v roce 1895 Markovnikov, N. M. Kishner a Nikolai Zelinsky, když znovu použili hexahydrobenzen a hexanaften jako methylcyklopentan - výsledek nečekané reakce.
Přestože je cyklohexan spíše nereaktivní, podléhá katalytické oxidaci za vzniku cyklohexanonu a cyklohexanolu. Směs cyklohexanon-cyklohexanol, nazývaná "KA olej", je surovinou pro kyselinu adipovou a kaprolaktam, prekurzory nylonu.
Aplikace
Používá se jako rozpouštědlo v některých značkách korekční kapaliny. Cyklohexan se někdy používá jako nepolární organické rozpouštědlo, i když n-hexan se pro tento účel běžně používá. Často se také používá jako rekrystalizační rozpouštědlo, protože mnoho organických sloučenin vykazuje dobrou rozpustnost v horkém cyklohexanu a špatnou rozpustnost při nízkých teplotách.
Cyklohexan se také používá ke kalibraci přístrojů pro diferenciální skenovací kalorimetrii (DSC) díky vhodnému přechodu krystalu na krystal při -87,1 °C.
Páry cyklohexanu se používají ve vakuových nauhličovacích pecích při výrobě zařízení na tepelné zpracování.
Deformace
Prsten se 6 vrcholy neodpovídá tvaru dokonalého šestiúhelníku. Rovinná šestiúhelníková konformace má významné úhlové napětí, protože její vazby nejsou 109,5 stupně. Torzní deformace bude také významná, protože všechny vazby budou zakryty.
Proto, aby se snížila torzní deformace, využívá cyklohexan trojrozměrnou strukturu známou jako „konformační židle“. Existují také dva další mezilehlé konforméry - "poloviční židle", což je nejnestabilnější konformér, a "twist boat", která je stabilnější. Tato výstřední jména byla poprvé navržena již v roce 1890 Hermannem Sachsem, ale stala se široce přijímanou mnohem později.
Polovina atomů vodíku je v rovině kruhu (ekvatoriálně) a druhá polovina je kolmá k rovině (axiálně). Tato konformace poskytuje nejstabilnější strukturu cyklohexanu. Existuje další konformace cyklohexanu známá jako „konformace člunu“, ale přemění se na mírně stabilnější formaci „stolice“.
Cyklohexan má nejnižší úhel a torzní napětí ze všech cykloalkanů, což má za následek, že cyklohexan je považován za 0 v celkovém napětí kruhu. Totéž platí pro sodné soli naftenových kyselin.
Fáze
Cyklohexan má dvě krystalické fáze. Vysoká teplota fáze I, stabilní mezi +186 °C a teplotoubod tání +280 °C, je plastový krystal, což znamená, že molekuly si zachovávají určitou míru volnosti pohybu. Nízkoteplotní (pod 186°C) fáze II je více uspořádaná. Další dvě nízkoteplotní (metastabilní) fáze III a IV byly získány aplikací mírných tlaků nad 30 MPa a fáze IV se objevuje výhradně v deuterovaném cyklohexanu (všimněte si, že aplikace tlaku zvyšuje všechny přechodové teploty).
