Nafténové kyseliny (NA) sú zmesou niekoľkých cyklopentylových a cyklohexylkarboxylových kyselín s molekulovou hmotnosťou 120 až 700 alebo viac atómových hmotnostných jednotiek. Hlavnou frakciou sú karboxylové kyseliny s uhlíkovým skeletom od 9 do 20 atómov uhlíka. Vedci tvrdia, že nafténové kyseliny (NA) sú cykloalifatické karboxylové kyseliny s 10-16 atómami uhlíka, hoci kyseliny obsahujúce až 50 atómov uhlíka boli nájdené v ťažkých olejoch.
Etymológia
Tento výraz má svoje korene v trochu archaickom výraze „naftén“(cykloalifatický, ale nearomatický), ktorý sa používa na klasifikáciu uhľovodíkov. Pôvodne sa používal na opis komplexnej zmesi kyselín na báze ropy, keď analytické metódy dostupné na začiatku 20. storočia dokázali s presnosťou identifikovať len niekoľko.komponenty nafténového typu. Dnes sa kyselina nafténová používa všeobecnejšie na označenie všetkých karboxylových kyselín prítomných v rope (či už cyklických, acyklických alebo aromatických zlúčenín) a karboxylových kyselín obsahujúcich heteroatómy, ako sú N a S. Početné štúdie ukázali, že väčšina cykloalifatických kyselín obsahuje aj priame a alifatické kyseliny s rozvetveným reťazcom a aromatické kyseliny. Niektoré kyseliny obsahujú > 50% kombinovaných alifatických a aromatických kyselín.
Formula
Nafténové kyseliny sú reprezentované všeobecným vzorcom CnH2n-z O2, kde n je počet atómov uhlíka a z je homológny rad. Hodnota z je 0 pre nasýtené acyklické kyseliny a zvyšuje sa na 2 v monocyklických kyselinách, na 4 v bicyklických kyselinách, na 6 v tricyklických kyselinách a na 8 v tetracyklických kyselinách.
Soli kyselín nazývané naftenáty sa široko používajú ako hydrofóbne zdroje kovových iónov v rôznych aplikáciách. Hliníkové a sodné soli kyseliny nafténovej a kyseliny palmitovej sa spojili počas druhej svetovej vojny, aby vznikol napalm. A napalm bol úspešne syntetizovaný. Slovo "napalm" pochádza zo slov "kyselina nafténová" a kyselina palmitová."
Olejové spojenie
Povaha, pôvod, extrakcia a komerčné využitie kyseliny nafténovej boli študované už pomerne dlho. Je známe, že ropa z polí v Rumunsku, Rusku, Venezuele, Severnom mori, Číne a západnej Afrikeobsahuje veľké množstvo kyslých zlúčenín v porovnaní s väčšinou americkej ropy. Obsah karboxylových kyselín v niektorých kalifornských ropných produktoch je obzvlášť vysoký (až 4 %), pričom najbežnejšími triedami karboxylových kyselín sú údajne cykloalifatické a aromatické kyseliny.
Zloženie
Zloženie sa líši v závislosti od zloženia ropy a podmienok počas spracovania a oxidácie. Frakcie, ktoré sú bohaté na nafténové kyseliny, môžu spôsobiť korózne poškodenie zariadenia rafinérie, takže fenomén kyslej korózie (NAC) bol dobre študovaný. Vysoko kyslá ropa sa často označuje ako ropa s vysokým celkovým číslom kyslosti (TAN) alebo ropa s vysokou kyslosťou (HAC). Nafténové kyseliny sú hlavným kontaminantom vody z ťažby ropy z ropných pieskov Athabasca (AOS). Kyseliny majú akútnu aj chronickú toxicitu pre ryby a iné organizmy.
Environmentálne
Vo svojej často citovanej práci publikovanej v Toxicological Sciences Rogers uviedol, že zmesi kyseliny nafténovej sú najvýznamnejšími látkami znečisťujúcimi životné prostredie z produkcie ropných pieskov. Zistili, že v najhorších podmienkach je akútna toxicita pre voľne žijúce cicavce vystavené kyselinám vo vode nepravdepodobná, ale opakovaná expozícia môže mať nepriaznivé zdravotné účinky.
Vo svojom článku z roku 2002Rogers a kol., citovaný viac ako 100-krát, opísali laboratórny postup založený na rozpúšťadle, ktorý bol navrhnutý na účinnú extrakciu kyselín z veľkých objemov vody z rybníka Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). Nafténové kyseliny sú prítomné v AOS Tailings Water (TPW) v odhadovanej koncentrácii 81 mg/l, čo je príliš nízka hladina na to, aby bola TPW považovaná za životaschopný zdroj pre komerčné využitie.
Delete
Kyselina nafténová sa odstraňuje z ropných látok nielen s cieľom minimalizovať koróziu, ale aj za účelom získania komerčne užitočných produktov. Najväčšie súčasné a historické využitie tejto kyseliny je pri výrobe kovových naftenátov. Kyseliny sa extrahujú z ropných destilátov alkalickou extrakciou, regenerujú sa v procese neutralizácie kyselín a potom sa destilujú, aby sa odstránili nečistoty. Komerčne predávané kyseliny sú klasifikované podľa čísla kyslosti, úrovne nečistôt a farby. Používa sa na výrobu naftenátov kovov a iných derivátov, ako sú estery a amidy.
Naftenáty
Naftenáty sú kyslé soli analogické so zodpovedajúcimi acetátmi, lepšie definované, ale menej užitočné. Naftenáty, podobne ako nafténové kyseliny v rope, sú vysoko rozpustné v organických médiách, ako sú farby. Používajú sa v priemysle, vrátane výroby takýchto užitočných vecí: syntetické detergenty, mazivá, inhibítory korózie, prísady do palív a mazacích olejov, konzervačné látkyna drevo, insekticídy, fungicídy, akaricídy, zmáčadlá, napalmové zahusťovadlá a vysúšadlá oleja používané pri náteroch a povrchových úpravách dreva.
Ropné piesky
Jedna štúdia uvádza, že nafténové kyseliny sú najaktívnejšou environmentálnou znečisťujúcou látkou zo všetkých látok pochádzajúcich z ťažby ropy z ropných pieskov. V podmienkach úniku a kontaminácie je však nepravdepodobný výskyt akútnej toxicity u voľne žijúcich cicavcov vystavených kyselinám vo vode odkaliska, ale opakovaná expozícia môže mať nepriaznivé účinky na zdravie zvierat. Kyseliny sú prítomné v ropných pieskoch a hlušinovej vode v odhadovanej koncentrácii 81 mg/l.
Pomocou protokolov Organizácie pre hospodársku spoluprácu a rozvoj (OECD) na testovanie toxicity americkí vedci tvrdili, že na základe ich štúdií neboli purifikované NA pri perorálnom podaní akútne genotoxické pre cicavce. Poškodenie spôsobené NDT z krátkodobej expozície počas akútnej alebo prerušovanej expozície sa však môže nahromadiť pri opakovanej expozícii.
cyklopentán
Cyklopentán je horľavý alicyklický uhľovodík s chemickým vzorcom C5H10 a číslom CAS 287-92-3, ktorý pozostáva z kruhu piatich atómov uhlíka, z ktorých každý je viazaný na dva atómy vodíka nad a pod rovinou. Často sa uvádza vo formebezfarebná kvapalina so zápachom podobným benzínu. Jeho bod topenia je -94°C a bod varu 49°C. Cyklopentán patrí do triedy cykloalkánov a sú to alkány s jedným alebo viacerými kruhmi uhlíkových atómov. Vzniká krakovaním cyklohexánu v prítomnosti oxidu hlinitého pri vysokej teplote a tlaku.
Výroba nafténových kyselín, vrátane cyklopentánu, stratila v posledných rokoch svoj bývalý masový charakter.
Prvýkrát ho pripravil v roku 1893 nemecký chemik Johannes Wieslikus. V poslednej dobe sa často označuje ako nafténové kyseliny.
Úloha vo výrobe
Cyklopentán sa používa pri výrobe syntetických živíc a kaučukových lepidiel a ako nadúvadlo pri výrobe polyuretánovej izolačnej peny, ktorá sa nachádza v mnohých domácich spotrebičoch, ako sú chladničky a mrazničky, čím nahrádza environmentálne škodlivé alternatívy, ako napr. CFC -11 a HCFC- 141b.
lubrikanty s viacnásobnou cyklopentánovou alkyláciou (MAC) majú nízku prchavosť a používajú sa v niektorých špecializovaných aplikáciách.
Spojené štáty americké vyprodukujú viac ako pol milióna kilogramov tejto chemikálie ročne. V Rusku sa nafténové kyseliny (vrátane cyklopentánu) vyrábajú ako prírodný produkt pri spracovaní ropy.
Cykloalkány môžu byť vyrobené pomocou procesu známeho ako katalytické reformovanie. Napríklad 2-metylbután možno premeniť na cyklopentán použitím platinového katalyzátora. Toto sa používa najmä vautá, pretože rozvetvené alkány budú horieť oveľa rýchlejšie.
Fyzikálne a chemické vlastnosti
Prekvapivo ich cyklohexány začínajú vrieť o 10 °C vyššie ako hexahydrobenzén alebo hexanaften, ale túto hádanku vyriešil v roku 1895 Markovnikov, N. M. Kishner a Nikolaj Zelinsky, keď prepracovali hexahydrobenzén a hexanaften ako metylcyklopentán - výsledok neočakávanej reakcie.
Hoci je cyklohexán skôr nereaktívny, podlieha katalytickej oxidácii za vzniku cyklohexanónu a cyklohexanolu. Zmes cyklohexanón-cyklohexanol, nazývaná "KA olej", je surovinou pre kyselinu adipovú a kaprolaktám, prekurzory nylonu.
Aplikácia
Používa sa ako rozpúšťadlo v niektorých značkách korekčných tekutín. Cyklohexán sa niekedy používa ako nepolárne organické rozpúšťadlo, hoci na tento účel sa častejšie používa n-hexán. Často sa používa aj ako rekryštalizačné rozpúšťadlo, pretože mnohé organické zlúčeniny vykazujú dobrú rozpustnosť v horúcom cyklohexáne a zlú rozpustnosť pri nízkych teplotách.
Cyklohexán sa používa aj na kalibráciu prístrojov na diferenciálnu skenovaciu kalorimetriu (DSC) vďaka pohodlnému prechodu kryštálov na kryštály pri teplote -87,1 °C.
Cyklohexánové pary sa používajú vo vákuových karburizačných peciach pri výrobe zariadení na tepelné spracovanie.
Deformácia
Prsteň so 6 vrcholmi nezodpovedá tvaru dokonalého šesťuholníka. Rovinná šesťuholníková konformácia má významné uhlové napätie, pretože jej väzby nie sú 109,5 stupňa. Torzná deformácia bude tiež významná, pretože všetky väzby budú zatienené.
Preto, aby sa znížila torzná deformácia, cyklohexán prijíma trojrozmernú štruktúru známu ako "konformačná stolička". Existujú aj dva ďalšie medziľahlé konforméry - "polovičná stolička", ktorá je najnestabilnejším konformérom, a "twist boat", ktorá je stabilnejšia. Tieto výstredné mená prvýkrát navrhol už v roku 1890 Hermann Sachs, ale stali sa všeobecne akceptovanými oveľa neskôr.
Polovica atómov vodíka je v rovine kruhu (ekvatoriálne) a druhá polovica je kolmá na rovinu (axiálne). Táto konformácia poskytuje najstabilnejšiu štruktúru cyklohexánu. Existuje ďalšia konformácia cyklohexánu známa ako „člnová konformácia“, ale premení sa na o niečo stabilnejšiu formáciu „stoličky“.
Cyklohexán má najnižší uhol a torzné napätie zo všetkých cykloalkánov, čo vedie k tomu, že cyklohexán je považovaný za 0 v celkovom napätí kruhu. To isté platí pre sodné soli nafténových kyselín.
Fázy
Cyklohexán má dve kryštalické fázy. Vysoká teplota Fáza I, stabilná medzi +186 °C a teplotoubod topenia +280 °C, je plastový kryštál, čo znamená, že molekuly si zachovávajú určitú mieru voľnosti pohybu. Nízkoteplotná (pod 186°C) fáza II je viac usporiadaná. Ďalšie dve nízkoteplotné (metastabilné) fázy III a IV boli získané aplikáciou miernych tlakov nad 30 MPa a fáza IV sa objavuje výlučne v deuterovanom cyklohexáne (všimnite si, že aplikácia tlaku zvyšuje všetky prechodové teploty).
