Naftenske kiseline (NA) su mješavina nekoliko ciklopentil i cikloheksilkarboksilnih kiselina s molekulskom težinom od 120 do 700 ili više jedinica atomske mase. Glavna frakcija su karboksilne kiseline sa ugljikovim skeletom od 9 do 20 atoma ugljika. Naučnici tvrde da su naftenske kiseline (NA) cikloalifatske karboksilne kiseline sa 10-16 atoma ugljika, iako su kiseline koje sadrže do 50 atoma ugljika pronađene u teškim uljima.
Etimologija
Izraz ima svoje korijene u pomalo arhaičnom terminu "naften" (cikloalifatski, ali nearomatski), koji se koristi za klasifikaciju ugljovodonika. Prvobitno je korišten za opisivanje složene mješavine kiselina na bazi nafte kada su analitičke metode dostupne ranih 1900-ih mogle precizno identificirati samo neke.komponente naftenskog tipa. Danas se naftenska kiselina općenito koristi za označavanje svih karboksilnih kiselina prisutnih u nafti (bilo da su ciklična, aciklička ili aromatična jedinjenja) i karboksilnih kiselina koje sadrže heteroatome kao što su N i S. Brojne studije su pokazale da većina cikloalifatičnih kiselina također sadrži ravne i alifatične kiseline razgranatog lanca i aromatične kiseline. Neke kiseline sadrže > 50% kombinovanih alifatičnih i aromatičnih kiselina.
Formula
Naftenske kiseline su predstavljene opštom formulom CnH2n-z O2, gde je n broj atoma ugljenika, a z homologni niz. Z-vrijednost je 0 za zasićene acikličke kiseline i povećava se na 2 u monocikličnim kiselinama, na 4 u bicikličnim kiselinama, na 6 u tricikličnim kiselinama i na 8 u tetracikličnim kiselinama.
Soli kiselina koje se nazivaju naftenati se široko koriste kao hidrofobni izvori metalnih jona u raznim aplikacijama. Aluminijumske i natrijumove soli naftenske kiseline i palmitinske kiseline kombinovane su tokom Drugog svetskog rata da bi se napravio napalm. I napalm je uspješno sintetiziran. Riječ "napalm" dolazi od riječi "naftenska kiselina" i palmitinska kiselina".
Priključak za ulje
Priroda, porijeklo, ekstrakcija i komercijalna upotreba naftenske kiseline proučavani su već duže vrijeme. Poznato je da sirova nafta sa polja u Rumuniji, Rusiji, Venecueli, Severnom moru, Kini i zapadnoj Africisadrži veliku količinu kiselih jedinjenja u poređenju sa većinom sirove nafte u SAD. Sadržaj karboksilne kiseline u nekim kalifornijskim naftnim derivatima je posebno visok (do 4%), gdje se navodi da su najčešće klase karboksilnih kiselina cikloalifatske i aromatične kiseline.
Kompozicija
Sastav varira u zavisnosti od sastava sirove nafte i uslova tokom obrade i oksidacije. Frakcije koje su bogate naftenskim kiselinama mogu uzrokovati korozijska oštećenja rafinerijske opreme, tako da je fenomen kisele korozije (NAC) dobro proučavan. Sirova nafta s visokom kiselinom često se naziva sirovom naftom s visokim ukupnim kiselim brojem (TAN) ili sirovom naftom visoke kiselosti (HAC). Naftenske kiseline su glavni zagađivač u vodi od ekstrakcije nafte iz Athabasca naftnog pijeska (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 od proizvodnje naftnog pijeska. Otkrili su da je u najgorim uslovima akutna toksičnost malo verovatna za divlje sisare izložene kiselinama u vodi, ali ponovljeno izlaganje može imati štetne posledice po zdravlje.
U njegovom članku iz 2002citirani više od 100 puta, Rogers et al izvijestili su o laboratorijskoj proceduri zasnovanoj na rastvaračima dizajniranoj da efikasno izvuče kiseline iz velikih količina vode iz jalovišta Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). Naftenske kiseline prisutne su u AOS Tailings Water (TPW) u procijenjenoj koncentraciji od 81 mg/L, što je prenizak nivo da bi se TPW smatrao održivim izvorom za komercijalni oporavak.
Izbriši
Naftenska kiselina se uklanja iz naftnih supstanci ne samo da bi se smanjila korozija, već i da bi se oporavili komercijalno korisni proizvodi. Najveća trenutna i istorijska 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, nivou 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 definisane, ali manje korisne. Naftenati, kao i naftenske kiseline u nafti, su visoko rastvorljivi 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, zgušnjivače napalma i sredstva za sušenje ulja koja se koriste u farbanju i površinskoj obradi drveta.
Uljni pijesak
Jedna studija navodi da su naftenske kiseline najaktivniji zagađivač životne sredine od svih supstanci dobijenih ekstrakcijom nafte iz naftnog peska. Međutim, u uslovima curenja i kontaminacije, malo je vjerovatno da će se pojaviti akutna toksičnost kod divljih sisara izloženih kiselinama u vodi jalovišta, ali ponovljena izloženost može imati štetne posljedice po zdravlje životinja. Kiseline su prisutne u naftnom pijesku i vodi jalovine u procijenjenoj koncentraciji od 81 mg/L.
Koristeći protokole Organizacije za ekonomsku saradnju i razvoj (OECD) za testiranje toksičnosti, američki istraživači su tvrdili da, na osnovu svojih studija, pročišćeni NA, kada se uzimaju oralno, nisu akutno genotoksični za sisare. Međutim, oštećenja uzrokovana NDT-om od kratkotrajnog izlaganja tokom akutnog ili povremenog izlaganja mogu se akumulirati pri ponovljenom izlaganju.
Cyklopentan
Ciklopentan je zapaljivi aliciklični ugljovodonik sa hemijskom formulom C5H10 i CAS brojem 287-92-3, koji se sastoji od prstena od pet atoma ugljenika, od kojih je svaki vezan za dva atoma vodonika iznad i ispod ravnine. Često se predstavlja u oblikubezbojna tečnost sa mirisom sličnim benzinu. Njegova tačka topljenja je -94°C, a tačka ključanja 49°C. Ciklopentan pripada klasi cikloalkana i alkani su s jednim ili više prstenova atoma ugljika. Nastaje pucanjem cikloheksana u prisustvu glinice na visokoj temperaturi i pritisku.
Proizvodnja naftenskih kiselina, uključujući ciklopentan, izgubila je svoj nekadašnji masovni karakter posljednjih godina.
Prvi ga je pripremio 1893. godine njemački hemičar 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 frižideri i zamrzivači, zamjenjujući ekološki štetne alternative kao npr. CFC -11 i HCFC- 141b.
Maziva za višestruku ciklopentansku alkilaciju (MAC) imaju nisku isparljivost i koriste se u nekim specijalizovanim aplikacijama.
Sjedinjene Države proizvode više od pola miliona kilograma ove hemikalije godišnje. U Rusiji se naftenske kiseline (uključujući ciklopentan) proizvode kao prirodni proizvod prerade nafte.
Cikloalkani se mogu napraviti korištenjem procesa poznatog kao katalitičko reformiranje. Na primjer, 2-metilbutan se može pretvoriti u ciklopentan korištenjem platinskog katalizatora. Ovo se posebno koristi uautomobila, jer će razgranati alkani goreti mnogo brže.
Fizičke i hemijske karakteristike
Iznenađujuće, njihovi cikloheksani počinju da ključaju za 10 °C više od heksahidrobenzena ili heksanaftena, ali ovu zagonetku je 1895. rešio Markovnikov, N. M. Kishner i Nikolai Zelinsky kada su prenamijenili heksahidrobenzen i heksanaften u metilciklopentan - rezultat neočekivane reakcije.
Iako prilično nereaktivan, cikloheksan se podvrgava katalitičkoj oksidaciji da nastane cikloheksanon i cikloheksanol. Mješavina cikloheksanona-cikloheksanola, nazvana "KA ulje", sirovina je za adipinsku kiselinu i kaprolaktam, prekursore najlona.
Prijava
Koristi se kao rastvarač u nekim markama tečnosti za korekciju. Cikloheksan se ponekad koristi kao nepolarni organski rastvarač, iako se n-heksan češće koristi u tu svrhu. Takođe se često koristi kao rastvarač za rekristalizaciju, jer mnoga organska jedinjenja pokazuju dobru rastvorljivost u vrućem cikloheksanu i lošu rastvorljivost na niskim temperaturama.
Cikloheksan se takođe koristi za kalibraciju instrumenata diferencijalne skenirajuće kalorimetrije (DSC) zbog pogodnog prelaza kristal-kristal na -87,1 °C.
Pare cikloheksana se koriste u vakuumskim pećima za karburizaciju u proizvodnji opreme za termičku obradu.
Deformacija
Prsten sa 6 vrhova ne odgovara obliku savršenog šesterokuta. Planarna konformacija šestougla ima značajno ugaono naprezanje jer njegove veze nisu 109,5 stepeni. Torziona deformacija će također biti značajna jer će sve veze biti pomračene.
Stoga, kako bi se smanjila torzijska deformacija, cikloheksan usvaja trodimenzionalnu strukturu poznatu kao "konformaciona stolica". Postoje još dva srednja konformera - "polustolica", koja je najnestabilniji konformer, i "twist boat", koja je stabilnija. Ova ekscentrična imena je prvi put predložio Hermann Sachs još 1890. godine, ali su postala široko prihvaćena mnogo kasnije.
Polovina atoma vodika je u ravni prstena (ekvatorijalno), a druga polovina je okomita na ravan (aksijalno). Ova konformacija pruža najstabilniju strukturu cikloheksana. Postoji još jedna konformacija cikloheksana poznata kao "konformacija čamca", ali će se pretvoriti u malo stabilniju formaciju "stolice".
Cikloheksan ima najmanji ugao i torzionu deformaciju od svih cikloalkana, što rezultira time da se cikloheksan smatra 0 u ukupnoj deformaciji prstena. Isto vrijedi i za natrijeve soli naftenskih kiselina.
Faze
Cikloheksan ima dvije kristalne faze. Visokotemperaturna faza I, stabilna između +186 °C i temperaturetačka topljenja +280 °C, je plastični kristal, što znači da molekuli zadržavaju određeni stepen slobode kretanja. Niskotemperaturna (ispod 186°C) faza II je uređenija. Druge dvije niskotemperaturne (metastabilne) faze III i IV su dobijene primjenom umjerenih pritisaka iznad 30 MPa, a faza IV se pojavljuje isključivo u deuteriranom cikloheksanu (imajte na umu da primjena pritiska povećava sve prelazne temperature).
