Naftenske kiseline (NA) su mješavina nekoliko ciklopentilnih i cikloheksilkarboksilnih kiselina s molekulskom težinom od 120 do 700 ili više jedinica atomske mase. Glavna frakcija su karboksilne kiseline s ugljikovim kosturom od 9 do 20 atoma ugljika. Znanstvenici tvrde da su naftenske kiseline (NA) cikloalifatske karboksilne kiseline s 10-16 ugljikovih atoma, iako su kiseline koje sadrže do 50 ugljikovih atoma pronađene u teškim uljima.
Etimologija
Izraz ima korijene u pomalo arhaičnom izrazu "naften" (cikloalifatski, ali nearomatski), koji se koristi za klasifikaciju ugljikovodika. Izvorno je korišten za opisivanje složene mješavine kiselina na bazi nafte kada su analitičke metode dostupne ranih 1900-ih mogle identificirati samo neke s točnošću.komponente naftenskog tipa. Danas se naftenska kiselina općenito koristi za označavanje svih karboksilnih kiselina prisutnih u nafti (bilo cikličkih, acikličkih ili aromatskih spojeva) i karboksilnih kiselina koje sadrže heteroatome kao što su N i S. Brojne studije su pokazale da većina cikloalifatskih kiselina također sadrži ravne i alifatske kiseline razgranatog lanca i aromatske kiseline. Neke kiseline sadrže > 50% kombiniranih alifatskih i aromatskih kiselina.
Formula
Naftenske kiseline su predstavljene općom formulom CnH2n-z O2, gdje je n broj ugljikovih atoma, a z homologni niz. Z-vrijednost je 0 za zasićene acikličke kiseline i raste na 2 u monocikličkim kiselinama, na 4 u bicikličkim kiselinama, na 6 u tricikličkim kiselinama i na 8 u tetracikličkim kiselinama.
Soli kiselina koje se nazivaju naftenati naširoko se koriste kao hidrofobni izvori metalnih iona u raznim primjenama. Aluminijske i natrijeve soli naftenske kiseline i palmitinske kiseline kombinirane su tijekom Drugog svjetskog rata kako bi se dobio napalm. I napalm je uspješno sintetiziran. Riječ "napalm" dolazi od riječi "naftenska kiselina" i palmitinska kiselina".
Priključak za ulje
Priroda, podrijetlo, ekstrakcija i komercijalna upotreba naftenske kiseline proučavani su već duže vrijeme. Poznato je da sirova nafta s polja u Rumunjskoj, Rusiji, Venezueli, Sjevernom moru, Kini i zapadnoj Africisadrži veliku količinu kiselih spojeva u usporedbi s većinom američke sirove nafte. Sadržaj karboksilne kiseline u nekim kalifornijskim naftnim derivatima posebno je visok (do 4%), gdje se navodi da su najčešće klase karboksilnih kiselina cikloalifatske i aromatske kiseline.
Sastav
Sastav varira ovisno o sastavu sirove nafte i uvjetima tijekom obrade i oksidacije. Frakcije koje su bogate naftenskim kiselinama mogu uzrokovati korozijska oštećenja rafinerijske opreme, pa je fenomen kisele korozije (NAC) dobro proučen. Sirova nafta s visokom kiselinom često se naziva sirovom naftom s visokim ukupnim kiselim brojem (TAN) ili sirovom naftom visoke kiselosti (HAC). Naftenske kiseline glavni su zagađivač u vodi iz ekstrakcije nafte iz naftnih pijeska Athabasca (AOS). Kiseline imaju i akutnu i kroničnu toksičnost za ribe i druge organizme.
Ekološka
U svom često citiranom radu objavljenom u Toxicological Sciences, Rogers je izjavio da su mješavine naftenske kiseline najznačajniji zagađivači okoliša iz proizvodnje naftnog pijeska. Otkrili su da u najgorim uvjetima akutna toksičnost nije vjerojatna za divlje sisavce izložene kiselinama u vodi, ali opetovano izlaganje može imati štetne zdravstvene učinke.
U svom članku iz 2002citirani više od 100 puta, Rogers i suradnici su izvijestili o laboratorijskom postupku koji se temelji na otapalima koji je dizajniran za učinkovito izdvajanje kiselina iz velikih količina vode Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). Naftenske kiseline prisutne su u AOS Tailings Water (TPW) u procijenjenoj koncentraciji od 81 mg/L, što je preniska razina da bi se TPW smatrao održivim izvorom za komercijalnu oporabu.
Izbriši
Naftenska kiselina se uklanja iz naftnih supstanci ne samo da bi se smanjila korozija, već i radi obnavljanja komercijalno korisnih proizvoda. Najveća trenutna i povijesna upotreba ove kiseline je u proizvodnji metalnih naftenata. Kiseline se ekstrahiraju iz naftnih destilata alkalnom ekstrakcijom, regeneriraju u procesu neutralizacije kiseline, a zatim destiliraju kako bi se uklonile nečistoće. Kiseline koje se prodaju komercijalno klasificirane su prema kiselinskom broju, razini nečistoća i boji. Koristi se za proizvodnju metalnih naftenata i drugih derivata kao što su esteri i amidi.
Naftenati
Naftenati su kisele soli analogne odgovarajućim acetatima, bolje definirane, ali manje korisne. Naftenati, poput naftenskih kiselina u nafti, vrlo su topljivi u organskim medijima kao što su boje. Koriste se u industriji, uključujući proizvodnju tako korisnih stvari: sintetički deterdženti, maziva, inhibitori korozije, aditivi za gorivo i ulje za podmazivanje, konzervansiza drvo, insekticide, fungicide, akaricide, sredstva za vlaženje, sredstva za zgušnjavanje napalma i sredstva za sušenje ulja koja se koriste u bojanju i površinskoj obradi drva.
Uljni pijesak
Jedna studija navodi da su naftenske kiseline najaktivniji zagađivač okoliša od svih tvari dobivenih ekstrakcijom nafte iz naftnog pijeska. Međutim, u uvjetima curenja i kontaminacije, malo je vjerojatno da će se akutna toksičnost pojaviti kod divljih sisavaca izloženih kiselinama u vodi jalovišta, ali opetovana izloženost može imati štetne učinke na zdravlje životinja. Kiseline su prisutne u naftnom pijesku i vodi jalovine u procijenjenoj koncentraciji od 81 mg/L.
Koristeći protokole Organizacije za ekonomsku suradnju i razvoj (OECD) za ispitivanje toksičnosti, američki istraživači su tvrdili da, na temelju svojih studija, pročišćeni NA, kada se uzimaju oralno, nisu akutno genotoksični za sisavce. Međutim, oštećenja uzrokovana NDT-om zbog kratkotrajnog izlaganja tijekom akutne ili povremene izloženosti mogu se akumulirati s ponovljenim izlaganjem.
Cyklopentan
Ciklopentan je zapaljivi aliciklički ugljikovodik s kemijskom formulom C5H10 i CAS brojem 287-92-3, koji se sastoji od prstena od pet ugljikovih atoma, od kojih je svaki vezan za dva atoma vodika iznad i ispod ravnine. Često se predstavlja u oblikubezbojna tekućina s mirisom sličnom benzinu. Talište mu je -94°C, a vrelište 49°C. Ciklopentan pripada klasi cikloalkana i alkani su s jednim ili više prstenova ugljikovih atoma. Nastaje pucanjem cikloheksana u prisutnosti glinice pri visokoj temperaturi i tlaku.
Proizvodnja naftenskih kiselina, uključujući ciklopentan, izgubila je svoj nekadašnji masovni karakter posljednjih godina.
Prvi ju je pripremio 1893. godine njemački kemičar Johannes Wieslikus. Nedavno se često naziva naftenskim kiselinama.
Uloga u proizvodnji
Ciklopentan se koristi u proizvodnji sintetičkih smola i gumenih ljepila, te kao sredstvo za puhanje u proizvodnji poliuretanske izolacijske pjene, koja se nalazi u mnogim kućanskim aparatima kao što su hladnjaci i zamrzivači, zamjenjujući ekološki štetne alternative kao npr. CFC -11 i HCFC- 141b.
Maziva za višestruku ciklopentansku alkilaciju (MAC) imaju nisku hlapljivost i koriste se u nekim specijaliziranim aplikacijama.
Sjedinjene Države proizvode više od pola milijuna kilograma ove kemikalije godišnje. U Rusiji se naftenske kiseline (uključujući ciklopentan) proizvode kao prirodni proizvod prerade ulja.
Cikloalkani se mogu dobiti postupkom poznatom kao katalitičko reformiranje. Na primjer, 2-metilbutan se može pretvoriti u ciklopentan korištenjem platinskog katalizatora. Ovo se posebno koristi uautomobila, jer će razgranati alkani izgorjeti mnogo brže.
Fizičke i kemijske karakteristike
Iznenađujuće, njihovi cikloheksani počinju ključati 10 °C više od heksahidrobenzena ili heksanaftena, ali ovu zagonetku je 1895. riješio Markovnikov, N. M. Kishner i Nikolai Zelinsky kada su prenamijenili heksahidrobenzen i heksanaften u metilciklopentan - rezultat neočekivane reakcije.
Iako prilično nereaktivan, cikloheksan prolazi katalitičku oksidaciju da nastane cikloheksanon i cikloheksanol. Mješavina cikloheksanona-cikloheksanola, nazvana "KA ulje", sirovina je za adipinsku kiselinu i kaprolaktam, prekursore najlona.
Prijava
Koristi se kao otapalo u nekim markama tekućine za korekciju. Cikloheksan se ponekad koristi kao nepolarno organsko otapalo, iako se n-heksan češće koristi u tu svrhu. Također se često koristi kao otapalo za rekristalizaciju, jer mnogi organski spojevi pokazuju dobru topljivost u vrućem cikloheksanu i lošu topljivost na niskim temperaturama.
Cikloheksan se također koristi za kalibraciju instrumenata diferencijalne skenirajuće kalorimetrije (DSC) zbog prikladnog prijelaza kristal-kristal na -87,1 °C.
Pare cikloheksana koriste se u vakuumskim pećima za karburizaciju u proizvodnji opreme za toplinsku obradu.
Deformacija
Prsten sa 6 vrhova ne odgovara obliku savršenog šesterokuta. Konformacija ravnine šesterokuta ima značajno kutno naprezanje jer njegove veze nisu 109,5 stupnjeva. Torzijska deformacija također će biti značajna jer će sve veze biti pomračene.
Stoga, kako bi se smanjila torzijska deformacija, cikloheksan usvaja trodimenzionalnu strukturu poznatu kao "konformacijska stolica". Postoje i druga dva srednja konformera - "polustolica", koja je najnestabilniji konformer, i "twist boat", koja je stabilnija. Ova ekscentrična imena prvi je put predložio Hermann Sachs još 1890. godine, ali su postala široko prihvaćena mnogo kasnije.
Polovica atoma vodika nalazi se u ravnini prstena (ekvatorijalno), a druga polovica je okomita na ravninu (aksijalno). Ova konformacija osigurava najstabilniju strukturu cikloheksana. Postoji još jedna konformacija cikloheksana poznata kao "konformacija čamca", ali će se pretvoriti u malo stabilniju formaciju "stolice".
Cikloheksan ima najmanji kut i torzijsko naprezanje od svih cikloalkana, što rezultira da se cikloheksan smatra 0 u ukupnom naprezanju prstena. Isto vrijedi i za natrijeve soli naftenskih kiselina.
Faze
Cikloheksan ima dvije kristalne faze. Visokotemperaturna faza I, stabilna između +186 °C i temperaturetočka taljenja +280 °C, je plastični kristal, što znači da molekule zadržavaju određeni stupanj slobode kretanja. Niskotemperaturna (ispod 186°C) faza II je uređenija. Druge dvije niskotemperaturne (metastabilne) faze III i IV dobivene su primjenom umjerenih tlakova iznad 30 MPa, a faza IV pojavljuje se isključivo u deuteriranom cikloheksanu (imajte na umu da primjena tlaka povećava sve prijelazne temperature).
