Hapnikku ja lämmastikku sisaldav. Destruktiivse hüdrogeenimise protsessi sertifitseerimistöö keemia
Teatavasti määravad orgaaniliste ainete omadused nende koostise ja keemilise struktuuri järgi. Seetõttu pole üllatav, et orgaaniliste ühendite klassifikatsioon põhineb struktuuriteoorial - L. M. Butlerovi teoorial. Klassifitseerige orgaanilised ained molekulides aatomite esinemise ja ühendusjärjekorra järgi. Orgaanilise aine molekuli kõige vastupidavam ja vähem muutuv osa on selle skelett – süsinikuaatomite ahel. Sõltuvalt süsinikuaatomite ühendamise järjekorrast selles ahelas jagunevad ained atsüklilisteks, mis ei sisalda molekulides süsinikuaatomite suletud ahelaid, ja karbotsüklilisteks, mis sisaldavad selliseid ahelaid (tsükleid) molekulides.
Orgaaniliste ainete molekulid võivad lisaks süsiniku- ja vesinikuaatomitele sisaldada ka teiste keemiliste elementide aatomeid. Ained, mille molekulides need niinimetatud heteroaatomid on suletud ahelas, klassifitseeritakse heterotsüklilisteks ühenditeks.
Heteroaatomid (hapnik, lämmastik jne) võivad olla osa molekulidest ja atsüklilistest ühenditest, moodustades neis funktsionaalrühmi, näiteks hüdroksüül-OH, karbonüül-, karboksüül-, aminorühm -NH2.
Funktsionaalne rühm- aatomite rühm, mis määrab aine kõige iseloomulikumad keemilised omadused ja selle kuuluvuse teatud ühendite klassi. 
süsivesinikud on ühendid, mis koosnevad ainult vesiniku- ja süsinikuaatomitest.
Sõltuvalt süsinikuahela struktuurist jagatakse orgaanilised ühendid avatud ahelaga ühenditeks - atsükliline (alifaatne) ja tsükliline- suletud aatomiahelaga.
Tsüklid on jagatud kahte rühma: karbotsüklilised ühendid(tsükleid moodustavad ainult süsinikuaatomid) ja heterotsükliline(tsüklid hõlmavad ka muid aatomeid, nagu hapnik, lämmastik, väävel).
Karbotsüklilised ühendid hõlmavad omakorda kahte ühendite seeriat: alitsükliline ja aromaatne.
Aromaatsetel ühenditel molekulide struktuuri alusel on lamedad süsiniku sisaldavad tsüklid spetsiaalse suletud p-elektronide süsteemiga, mis moodustavad ühise π-süsteemi (ühe π-elektroni pilve). Aromaatsus on iseloomulik ka paljudele heterotsüklilistele ühenditele.
Kõik muud karbotsüklilised ühendid kuuluvad alitsüklilistesse sarjadesse.
Nii atsüklilised (alifaatsed) kui ka tsüklilised süsivesinikud võivad sisaldada mitut (kaksik- või kolmiksidet). Selliseid süsivesinikke nimetatakse küllastumata (küllastumata), vastupidiselt piiravatele (küllastumata), mis sisaldavad ainult üksiksidemeid.
Piirata alifaatseid süsivesinikke helistas alkaanid, on neil üldvalem C n H 2 n +2, kus n on süsinikuaatomite arv. Sageli kasutatakse nende vana nime ja nüüd - parafiinid.
Sisaldavad üks kaksikside, sai nime alkeenid. Nende üldvalem on C n H 2 n.
Küllastumata alifaatsed süsivesinikudkahe kaksiksidemega helistas alkadieenid
Küllastumata alifaatsed süsivesinikudühe kolmiksidemega helistas alküünid. Nende üldvalem on C n H 2 n - 2.
Piirata alitsüklilisi süsivesinikke - tsükloalkaanid, nende üldvalem C n H 2 n .
Spetsiaalne süsivesinike rühm, aromaatne, või areenid(suletud ühise π-elektronsüsteemiga), on tuntud süsivesinike näitel üldvalemiga C n H 2 n -6.
Seega, kui nende molekulides on üks või mitu vesinikuaatomit asendatud teiste aatomite või aatomirühmadega (halogeenid, hüdroksüülrühmad, aminorühmad jne), süsivesinike derivaadid: halogeeni derivaadid, hapnikku sisaldavad, lämmastikku sisaldavad ja muud orgaanilised ühendid.
Halogeeni derivaadid süsivesinikke võib käsitleda ühe või mitme vesinikuaatomi süsivesinike asendusproduktidena halogeeniaatomitega. Vastavalt sellele võivad esineda piiravad ja küllastumata mono-, di-, tri- (üldiselt polü-) halogeenderivaadid.
Küllastunud süsivesinike monohalogeenderivaatide üldvalem:
ja koostist väljendatakse valemiga
C n H 2 n +1 Г,
kus R on küllastunud süsivesiniku (alkaan) jääk, süsivesinikradikaal (seda tähistust kasutatakse ka teiste orgaaniliste ainete klasside puhul), G on halogeeniaatom (F, Cl, Br, I).
Alkoholid- süsivesinike derivaadid, milles üks või mitu vesinikuaatomit on asendatud hüdroksüülrühmadega.
Alkoholideks nimetatakse monatoomiline, kui neil on üks hüdroksüülrühm, ja piirata, kui need on alkaanide derivaadid.
Küllastunud ühehüdroksüülsete alkoholide üldvalem:
ja nende koostist väljendatakse üldvalemiga:
C n H 2 n +1 OH või C n H 2 n +2 O
Tuntud on mitmehüdroksüülsete alkoholide näited, st neil on mitu hüdroksüülrühma.
Fenoolid- aromaatsete süsivesinike derivaadid (benseeni seeriad), milles üks või mitu vesinikuaatomit benseenitsüklis on asendatud hüdroksüülrühmadega.
Lihtsaimat esindajat valemiga C6H5OH nimetatakse fenooliks.
Aldehüüdid ja ketoonid- süsivesinike derivaadid, mis sisaldavad aatomite karbonüülrühma (karbonüül).
Aldehüüdi molekulides läheb üks karbonüülside ühendusse vesinikuaatomiga, teine - süsivesiniku radikaaliga.
Ketoonide puhul on karbonüülrühm seotud kahe (üldiselt erineva) radikaaliga.
Piiravate aldehüüdide ja ketoonide koostist väljendatakse valemiga C n H 2l O.
karboksüülhapped- karboksüülrühmi sisaldavate süsivesinike derivaadid (-COOH).
Kui happemolekulis on üks karboksüülrühm, siis on karboksüülhape ühealuseline. Küllastunud ühealuseliste hapete (R-COOH) üldvalem. Nende koostist väljendatakse valemiga C n H 2 n O 2 .
Eetrid on orgaanilised ained, mis sisaldavad kahte hapnikuaatomiga ühendatud süsivesinikradikaali: R-O-R või R 1 -O-R 2 .
Radikaalid võivad olla samad või erinevad. Eetrite koostist väljendatakse valemiga C n H 2 n +2 O
Estrid- ühendid, mis tekivad karboksüülhapete karboksüülrühma vesinikuaatomi asendamisel süsivesinikradikaaliga.
Nitroühendid- süsivesinike derivaadid, milles üks või mitu vesinikuaatomit on asendatud nitrorühmaga -NO 2 .
Piiravate mononitroühendite üldvalem:
ja koostist väljendatakse üldvalemiga
C n H 2 n +1 NO 2.
Amiinid- ühendid, mida peetakse ammoniaagi (NH 3) derivaatideks, milles vesinikuaatomid on asendatud süsivesiniku radikaalidega.
Sõltuvalt radikaali olemusest võivad amiinid olla alifaatneja aromaatne.
Sõltuvalt radikaalidega asendatud vesinikuaatomite arvust on olemas:
Primaarsed amiinid üldvalemiga: R-NH2
Sekundaarne - üldvalemiga: R1 -NH-R2
Tertsiaarne - üldvalemiga:
Konkreetsel juhul võivad sekundaarsetel ja tertsiaarsetel amiinidel olla samad radikaalid.
Primaarseid amiine võib käsitleda ka süsivesinike (alkaanide) derivaatidena, milles üks vesinikuaatom on asendatud aminorühmaga -NH 2 . Piiravate primaarsete amiinide koostist väljendatakse valemiga C n H 2 n +3 N.
Aminohapped sisaldavad kahte süsivesinikradikaaliga ühendatud funktsionaalset rühma: aminorühma -NH2 ja karboksüülrühma -COOH.
Ühte aminorühma ja ühte karboksüülrühma sisaldavate piiravate aminohapete koostist väljendatakse valemiga C n H 2 n +1 NO 2 .
Teada on ka teisi olulisi orgaanilisi ühendeid, millel on mitu erinevat või identset funktsionaalrühma, pikki lineaarseid ahelaid, mis on seotud benseenitsüklitega. Sellistel juhtudel on aine kindlasse klassi kuulumise range määratlus võimatu. Need ühendid eraldatakse sageli kindlatesse ainerühmadesse: süsivesikud, valgud, nukleiinhapped, antibiootikumid, alkaloidid jne.
Orgaaniliste ühendite nimetuse jaoks kasutatakse 2 nomenklatuuri - ratsionaalne ja süstemaatiline (IUPAC) ja triviaalne nimetus.
Nimede koostamine IUPAC nomenklatuuri järgi
1) Ühendi nimetuse aluseks on sõna tüvi, mis tähistab peaahelaga sama aatomite arvuga küllastunud süsivesinikku.
2) Juurele lisatakse järelliide, mis iseloomustab küllastusastet:
An (piirav, mitte mitu võlakirja);
-en (kaksiksideme olemasolul);
-in (kolmiksideme olemasolul).
Kui mitut sidet on mitu, siis sufiksis näidatakse selliste sidemete (-dieen, -trieen jne) arv ja järelliite järel tuleb numbritega märkida mitmiksideme asukoht, näiteks:
CH3-CH2-CH \u003d CH2CH3-CH \u003d CH-CH3
buteen-1 buteen-2
CH 2 = CH - CH \u003d CH 2
butadieen-1,3
Sellised rühmad nagu nitro-, halogeenid, süsivesinikradikaalid, mis ei kuulu põhiahelasse, võetakse välja eesliitele. Need on loetletud tähestikulises järjekorras. Asendaja asukoht on tähistatud numbriga eesliite ees.
Pealkirja järjekord on järgmine:
1. Leia pikim C-aatomite ahel.
2. Nummerdage järjestikku peaahela süsinikuaatomid, alustades harule lähimast otsast.
3. Alkaani nimetus koosneb kõrvalradikaalide nimedest, mis on loetletud tähestikulises järjekorras, mis näitavad positsiooni peaahelas, ja peaahela nimetust.
Mõnede orgaaniliste ainete nomenklatuur (triviaalne ja rahvusvaheline)
Erineva struktuuri ja molekulmassiga heteroorgaanilised ühendid (väävlit, hapnikku ja lämmastikku sisaldavad) esinevad erinevates vahekordades destillaadi ja jääkõli fraktsioonides. Eriti raske on uurida kõrgmolekulaarsete heteroorgaaniliste ühendite olemust ja koostist, millest põhiosa moodustavad tõrva-asfaltained. Üksikute elektronpaaride tõttu on väävli, hapniku ja lämmastiku heteroaatomid võimelised toimima koordineeriva keskusena assotsieerunud ainete moodustamisel naftasüsteemides.
Väävliühendid kuuluvad gaasikondensaadi ja õlisüsteemide heteroaatomiliste komponentide esinduslikumasse rühma. Väävli üldsisaldus nafta- ja gaasisüsteemides on väga erinev: protsendisajandikest kuni 6-8% (massi järgi) ja rohkemgi. Kõrge üldväävlisisaldus on iseloomulik Astrahani, Karachaganaki (0,9%) ja muude väljade gaasikondensaatidele. Väävlit sisaldavate ühendite sisaldus mõnes õlis ulatub 40% (massi järgi) ja üle selle, mõnel juhul koosneb õli neist peaaegu täielikult. Erinevalt teistest heteroaatomitest, mis on valdavalt kontsentreeritud CAB-s, sisaldub märkimisväärne osa väävlit destillaadi fraktsioonides. Reeglina suureneb väävlisisaldus nende keemistemperatuuri ja algse õli üldväävlisisalduse suurenedes.
Nafta- ja gaasisüsteemides esineb vähesel määral anorgaanilisi väävlit sisaldavaid ühendeid (elementaarväävel ja vesiniksulfiid), need võivad tekkida ka teiste väävlit sisaldavate ühendite sekundaarsete laguproduktidena kõrgetel temperatuuridel destilleerimise, destruktiivse töötlemise protsessides. Naftas leiduvate väävlit sisaldavate ühendite hulgast on tuvastatud järgmised (naftakeemia instituudi andmetel TF SB RAS).
1. Alifaatsed, alitsüklilised ja aromaatsed tioolid (merkaptaanid) R-SH:
C 6 H 5 C n H 2 n +1 SH C n H 2 n + 1 C 6 H 5 SH C 10 H 7 SH
arenoalkanotioolid tionaftoolid
2. Järgmist tüüpi tioeetrid (sulfiidid):
R-S-R" C6H5-S-C6H5
tiaalkaanid, tiaalkeenid, tiaalküündiarüülsulfiidid
tiatsükloalkaanid alküülarüülsulfiidid arüültiaalkaanid
(R, R" - küllastunud ja küllastumata alifaatsed süsivesiniku asendajad).
3. Dialküüddisulfiidid R-S-S-R", kus R, R" on alküül-, tsükloalküül- või arüülasendajad.
4. Tiofeenid ja nende derivaadid, millest olulisemad on järgmised arenotiofeenid:
alküülbensotiofeenid alküülbensotiofeenid alküüldibensotiofeenid
Erinevate väävlit sisaldavate ühendite rühmade jaotumine õlides ja õlifraktsioonides on allutatud järgmistele seaduspärasustele.
Tioolid sisalduvad peaaegu kõigis toorõlides, tavaliselt väikestes kontsentratsioonides ja moodustavad 2-10% (massi järgi) väävlit sisaldavate ühendite kogusisaldusest. Gaasikondensaatides on peamiselt alifaatsed merkaptaanid C 1 -C z. Mõned õlid ja gaasikondensaadid ning nende fraktsioonid on merkaptaanide looduslikud kontsentraadid, mille näideteks on ülihiiglasliku Kaspia merevälja bensiinifraktsioonid; Orenburgi välja gaasikondensaadi fraktsioon 40-200 °C, mis sisaldab 1,24% (massi järgi) kogu väävlit, sealhulgas 0,97% merkaptaani; kerge petrooleumi fraktsioon 120-280°C Tengizi väljalt pärit naftat, mis sisaldab 45-70% merkaptaanväävlit väävlit sisaldavate ühendite üldsisaldusest. Samal ajal vastavad Kaspia mere piirkonna süsivesinike toorainete looduslike tioolide varud nende ülemaailmse sünteetilise tootmise tasemele. Looduslikud tioolid on paljulubavad toorained pestitsiidide (sümmeetrilistel triasiinidel põhinevate) sünteesiks ja veeldatud gaaside lõhnastamiseks. Venemaa prognoositav nõudlus lõhnastamise tioolide järele on praegu 6000 tonni aastas.
Tioeetrid moodustavad toorõlides kuni 27% ja keskmistes fraktsioonides kuni 50% väävlit sisaldavate ühendite üldkogusest, rasketes vaakumgaasiõlides on sulfiidide sisaldus väiksem. Naftasulfiidide eraldamise meetodid põhinevad nende võimel moodustada doonor-aktseptor tüüpi kompleksühendeid, viies üksiku elektronpaari väävliaatomilt vabale aktseptori orbitaalile. Metallhalogeniidid, haloalküülid ja halogeenid võivad toimida elektronide aktseptoritena. Kompleksreaktsioonid naftasulfiididega ei ole kahjuks selektiivsed; Komplekside moodustumisel võivad osaleda ka õli teised heteroaatomilised komponendid.
Dialküldisulfiide toorõlides ei leidu, need tekivad tavaliselt merkaptaanide oksüdeerumisel leebetel tingimustel ja seetõttu on neid bensiinides (kuni 15%). Põhiline väävlit sisaldavate ühendite osakaal õlides langeb nn "jääkväävlile", mida standardmeetoditega ei määrata. Selle koostises domineerivad tiofeenid ja nende derivaadid, seetõttu nimetati varem "jääkväävlit" "tiofeeniks", kuid negatiivsete ioonide massispektromeetria abil leiti selles varem tuvastamatuid sulfoksiide, sulfoone ja disulfaani. Bensiini fraktsioonides on tiofeeni derivaatide sisaldus madal, keskmise ja eriti kõrge keemistemperatuuriga fraktsioonides ulatub see 50-80% väävlit sisaldavate ühendite üldkogusest. Tiofeeni derivaatide suhteline sisaldus langeb reeglina kokku õlisüsteemi aromaatsuse astmega. Väävlit sisaldavate ühendite (eriti kõrge keemistemperatuuriga fraktsioonide) eraldamisel tekkivad raskused on tingitud areenide ja tiofeenide keemiliste omaduste lähedusest. Nende keemilise käitumise sarnasus tuleneb tiofeenide aromaatsusest, mis tekib väävli heteroaatomi liitumisel π-elektronsüsteemi kuni aromaatse sekstetini. Selle tagajärjeks on naftatiofeenide suurenenud kalduvus intensiivseteks molekulidevahelisteks interaktsioonideks.
Hapnikuühendid sisaldub õlisüsteemides 0,1-1,0 kuni 3,6% (massi järgi). Destillaadifraktsioonide keemistemperatuuri tõusuga suureneb nende sisaldus ja põhiosa hapnikust kontsentreerub tõrva-asfaltiainetes. Õlide ja destillaatide koostis sisaldab kuni 20% või rohkem hapnikku sisaldavaid ühendeid.
Nende hulgas eristatakse traditsiooniliselt happelisi ja neutraalseid aineid. Happekomponentide hulka kuuluvad karboksüülhapped ja fenoolid. Neutraalseid hapnikku sisaldavaid ühendeid esindavad ketoonid, anhüdriidid ja happeamiidid, estrid, furaani derivaadid, alkoholid ja laktoonid.
Hapete olemasolu õlides avastati väga kaua aega tagasi tänu kõrgele keemilisele aktiivsusele võrreldes süsivesinikega. Nende naftast avastamise ajalugu on järgmine. Valgustamiseks kvaliteetse petrooleumi saamisel töödeldi seda leelisega (happe-aluse puhastus) ja samal ajal täheldati kõrge emulgeerimisvõimega ainete teket. Seejärel selgus, et emulgaatoriteks on destillaadi fraktsioonides sisalduvate hapete naatriumsoolad. Ekstraheerimine leeliste vesi- ja alkoholilahustega on endiselt klassikaline meetod happeliste komponentide õlidest ekstraheerimiseks. Praegu põhinevad hapete ja fenoolide eraldamise meetodid ka nende funktsionaalrühmade (karboksüül- ja hüdroksüülrühm) interaktsioonil mis tahes reaktiiviga.
Karboksüülhapped on enim uuritud hapnikku sisaldavate õliühendite klass. Naftahapete sisaldus fraktsioonides varieerub vastavalt äärmisele sõltuvusele, mille maksimum langeb reeglina kergetele ja keskmistele õlifraktsioonidele. Kromatomassispektromeetria abil on tuvastatud erinevat tüüpi naftahappeid. Enamik neist on ühealuselised (RCOOH), kus R-na saab kasutada peaaegu kõiki süsivesinike fragmente ja õli heteroorgaanilisi ühendeid. Ammu on täheldatud, et hapete ja õlide rühmakoostised vastavad üksteisele: metaanõlides on ülekaalus alifaatsed happed, nafteenõlides on ülekaalus nafteen- ja nafteenaromaatsed happed. On leitud lineaarse struktuuriga alifaatilisi happeid C1 kuni C25 ja mõned hargnenud struktuuriga. Samal ajal langeb n-alkaan- ja hargnenud ahelaga hapete suhe naftahapetes kokku vastavate süsivesinike suhtega õlides.
Alifaatseid happeid esindavad peamiselt n-alkaanhapped. Hargnenud ahelaga hapetest on levinumad need, mis sisaldavad põhiahelas metüülasendajat. Kõiki seda tüüpi madalamaid isomeere leidub õlides kuni C7-ni. Teiseks oluliseks alifaatsete hapete rühmaks on isoprenoidhapped, mille hulgas domineerivad prestaanhapped (C 19) ja fütaanhapped (C 20).
Õli alitsüklilised (nafteen)happed on monotsüklokarboksüülhapped - tsüklopentaani ja tsükloheksaani derivaadid; polütsükliline võib sisaldada kuni 5 tsüklit (andmed California õli kohta). Monotsükliliste hapete molekulide COOH rühmad on tsükliga otseselt seotud või asuvad alifaatsete asendajate lõpus. Tsüklis võib olla kuni kolm (kõige sagedamini metüül) asendajat, mille kõige levinumad positsioonid on 1, 2; 13; 1, 2, 4; 1, 1, 3 ja 1, 1, 2, 3.
Õlidest eraldatud tri-, tetra- ja pentatsükliliste hapete molekulid on ehitatud peamiselt kondenseerunud tsükloheksaani tsüklitest.
On kindlaks tehtud tsükloheksaanitsüklitega heksatsükliliste nafteenhapete esinemine õlides. Aromaatseid happeid õlides esindavad bensoehape ja selle derivaadid. Õlides leiti ka palju polütsükliliste naftenoaromaatsete hapete homoloogseid seeriaid ja Samotlori õlis tuvastati monoaromaatsed steroidhapped.
Hapnikku sisaldavatest ühenditest, naftast happeid iseloomustab kõrgeim pindaktiivsus. On kindlaks tehtud, et nii madala vaigusisaldusega kui ka kõrge vaigusisaldusega õlide pindaktiivsus väheneb oluliselt pärast happeliste komponentide (hapete ja fenoolide) eemaldamist neist. Tugevad happed osalevad õlide assotsiatsioonide moodustumisel, mis ilmneb nende reoloogiliste omaduste uurimisel.
Fenoole on uuritud palju hullemini kui happeid. Nende sisaldus Lääne-Siberi põldudelt pärit õlides jääb vahemikku 40–900 mg/l. Lääne-Siberi õlides suurenevad fenoolide kontsentratsioonid suurusjärgus C 6<С 7 << С 8 <С 9 . В нефтях обнаружены фенол, все крезолы, ксиленолы и отдельные изомеры С 9 . Установлено, что соотношение между фенолами и алкилфенолами колеблется в пределах от 1: (0,3-0,4) до 1: (350-560) и зависит от глубины залегания и возраста нефти. В некоторых нефтях идентифицирован β-нафтол. Высказано предположение о наличии соединений типа о-фенилфенолов, находящихся в нефтях в связанном состоянии из-за склонности к образованию внутримолекулярных водородных связей. При исследовании антиокислительной способности компонентов гетероор-ганических соединений нефти установлено, что концентраты фенольных соединений являются наиболее активными природными ингибиторами.
Kõik lihtsamad alküülketoonid C3-C6, atsetofenoon ja selle nafteno- ja arenoderivaadid, fluorenoon ja selle lähimad homoloogid leiti California õlide neutraalsetest hapnikku sisaldavatest ühenditest. Peamiselt dialküülketoonidest koosneva Samotlori õli ketoonikontsentraadi saagis on 0,36%, samas kui ketoonide ekstraheerimisaste on vaid 20%, mis näitab suure molekulmassiga ketoonide olemasolu, mida selle meetodiga ei saa taastada. Lääne-Siberi õlides leiduvate ketoonide uurimisel selgus, et need sisaldavad C 19 -C3 2 ketoone ning metaanõlides on ülekaalus alifaatsed ketoonid ning nafteenõlides tsüklaanid ja aromaatsed asendajad.
Võib eeldada, et õlid sisaldavad alkohole vabas olekus, seotud olekus on nad estrite osa. Õli heteroorgaanilistest ühenditest on enim uuritud hapnikku sisaldavate ühendite kalduvust intensiivsetele molekulidevahelistele interaktsioonidele.
Lämmastikku sisaldavate ühendite uurimine on võimalik kahel viisil – otse toornaftas ja pärast nende eraldamist ja eraldamist. Esimene viis võimaldab uurida lämmastikku sisaldavaid ühendeid looduslähedases olekus, samas pole välistatud ka nende ühendite madalast kontsentratsioonist tingitud märgatavate vigade esinemine. Teine viis võimaldab selliseid vigu vähendada, kuid õli keemilise toime käigus eraldamise ja isoleerimise ajal on võimalik nende struktuuri muutumine. On kindlaks tehtud, et õlis sisalduvad lämmastikku sisaldavad ühendid on esindatud peamiselt tsükliliste ühenditena. Alifaatseid lämmastikku sisaldavaid ühendeid leidub ainult destruktiivse nafta rafineerimise saadustes, milles need tekivad lämmastikku sisaldavate heterotsüklite hävimise tulemusena.
Kõik lämmastikku sisaldavad õliühendid on reeglina areenide funktsionaalsed derivaadid ja seetõttu on nende molekulmassi jaotus sarnane. Kuid erinevalt areenidest on lämmastikku sisaldavad ühendid kontsentreeritud kõrge keemistemperatuuriga õlifraktsioonidesse ja need on CAB koostisosad. Kuni 95% õlis leiduvatest lämmastikuaatomitest on koondunud vaikudesse ja asfalteenidesse. On oletatud, et vaikude ja asfalteenide eraldamise käigus sadestatakse nendega koos doonor-aktseptor komplekside kujul ka suhteliselt väikese molekulmassiga lämmastikku sisaldavad ühendid.
Vastavalt üldtunnustatud klassifikatsioonile happe-aluse tunnuse järgi lämmastikku sisaldavad ühendid jagunevadlämmastikalusteks ja neutraalseteks ühenditeks.
Lämmastikku sisaldavad alused on ilmselt ainsad õlisüsteemide komponentide põhiomaduste kandjad. Lämmastikku sisaldavate aluste osakaal äädikhappekeskkonnas perkloorhappega tiitritud õlis on vahemikus 10 kuni 50%. Praegu on õlides ja naftatoodetes tuvastatud enam kui 100 püridiini, kinoliini ja teiste aluste alküül- ja arenokondenseeritud analoogi.
Tugevalt aluselisi lämmastikku sisaldavaid ühendeid esindavad püridiinid ja nende derivaadid:
Nõrgalt aluseliste lämmastikku sisaldavate ühendite hulka kuuluvad aniliinid, amiidid, imiidid ja N-tsükloalküülderivaadid, mille pürroolitsüklis on asendajateks alküül-, tsükloalküül- ja fenüülrühmad:
Neutraalsed lämmastikku sisaldavad ühendid, mille molekulid, välja arvatud lämmastikuaatom, ei sisalda teisi heteroaatomeid ja on eraldatud naftast, hõlmavad indoolid, karbasoolid ning nende nafteen- ja väävlit sisaldavad derivaadid:
Eraldamisel moodustavad neutraalsed lämmastikku sisaldavad ühendid hapnikku sisaldavate ühenditega assotsiatsioone ja ekstraheeritakse koos lämmastikku sisaldavate alustega.
Lisaks nimetatud monofunktsionaalsetele ühenditele on õlides tuvastatud järgmised lämmastikku sisaldavad ühendid:
1. Polüaromaatne kahe lämmastikuaatomiga molekulis:
2. Ühes tsüklis kahe heteroaatomiga (lämmastik ja väävel) ühendid - tiasoolid ja benstiasoolid ning nende alküül- ja nafteenhomoloogid:
3. Kahe lämmastiku ja väävli heteroaatomiga ühendid erinevates tsüklites: tiofeeni sisaldavad alküül-, tsükloalküülindoolid ja karbasoolid.
4. Ühendid, mille lämmastikku sisaldavas heterotsüklis on karbonüülrühm, näiteks piperidoonid ja kinoloonid:
5. Porfüriinid. Allpool käsitletakse porfüriinide struktuuri, mis on komplekssed ühendid vanadüül-VO, nikli ja rauaga.
Lämmastikku sisaldavate õliühendite tähtsus looduslike pindaktiivsete ainetena on väga suur, need koos CAB-ga määravad suuresti pinnaaktiivsuse vedelfaasi piiridel ja õli märgamisvõime kiviõli, metalli ja õli liidestel. Lämmastikku sisaldavad ühendid ja nende derivaadid - püridiinid, hüdroksüpüridiinid, kinoliinid, hüdroksükinoliinid, imidasoliinid, oksasoliinid jt - on looduslikud õlis lahustuvad pindaktiivsed ained, millel on metallide korrosiooni inhibeerivad omadused õli tootmisel, transportimisel ja rafineerimisel. Nõrgemad pindaktiivsed omadused on iseloomulikud sellistele lämmastikku sisaldavatele õliühenditele nagu pürrooli, indooli, karbasooli, tiasoolide ja amiidide homoloogid.
Vaik-asfaltained (TAKSO). Üks esinduslikumaid heteroorgaaniliste makromolekulaarsete õliühendite rühmi on CAB. CAB-i iseloomulikud tunnused - olulised molekulmassid, erinevate heteroelementide olemasolu nende koostises, polaarsus, paramagnetism, kõrge kalduvus MMW-le ja assotsiatsioonile, polüdisperssus ja selgelt väljendunud kolloidsete hajusomaduste ilmnemine - aitasid kaasa asjaolule, et tavaliselt kasutatavad meetodid analüüsis osutus nende uurimiseks sobimatuks.madala keemistemperatuuriga komponendid. Arvestades uuritava objekti spetsiifikat, on Sergienko S.R. rohkem kui 30 aastat tagasi tõstis ta naftakeemia iseseisva haruna esile makromolekulaarsete õliühendite keemia ja andis oma fundamentaalsete töödega suure panuse selle kujunemisse.
Kuni 1960. ja 1970. aastateni määrasid teadlased CAB füüsikalis-keemilisi omadusi (mõned neist on toodud tabelis 2.4) ja püüdsid instrumentaalse struktuurianalüüsi andmete põhjal kujutada asfalteenide ja vaikude keskmise molekuli struktuurivalemit.
Sarnaseid katseid tehakse ka praegu. Elementide koostise, keskmise molekulmassi, tiheduse, lahustuvuse jne väärtused, mis varieeruvad erinevate kodumaiste ja välismaiste õlide CAB proovide puhul märkimisväärses vahemikus, peegeldavad looduslike õlide mitmekesisust. Enamik õlis ja peaaegu kõigis metallides sisalduvatest heteroelementidest on kontsentreeritud vaikudesse ja asfalteenidesse.
CAB-s sisalduv lämmastik siseneb peamiselt püridiini (aluseline), pürrooli (neutraalne) ja porfüriini (metallikompleks) tüüpi heteroaromaatilisteks fragmentideks. Väävel on osa heterotsüklitest (tiofeen, tiatsüklaan, tiasool), tioolrühmadest ja sulfiidsildadest, mis seovad molekule. Vaikudes ja asfalteenides sisalduv hapnik esineb hüdroksüül- (fenool-, alkohol), karboksüül-, eetri- (liht-, komplekslaktoon), karbonüül- (ketoon, kinoon) rühmade ja furaanitsüklitena. Asfalteenide molekulmassi ja heteroelementide sisalduse vahel on teatav vastavus (joonis 2.2).
Iseloomustame CAB-i ideede kaasaegset taset. Jeen märgib asfalteenide universaalset olemust looduslike süsinikuallikate, mitte ainult kaustobioliitide (õlid ja tahked kütused), vaid ka settekivimite ja meteoriitide koostisosana.
Abrahami pakutud süsivesinike baasil loodusvarade klassifikatsiooni järgi kuuluvad õlide hulka need, mis sisaldavad kuni 35-40% (mass) CAB-d ning looduslikud asfaltid ja bituumenid sisaldavad kuni 60-75% (mass.) CAB-d, muude allikate järgi - kuni 42-81%. Erinevalt õli kergematest komponentidest, mis omistati nende rühmadele nende keemilise struktuuri sarnasuse tõttu, on ühendite CAB-i klassi ühendamise kriteeriumiks nende lahustuvus konkreetses lahustis. Kui õli ja õlijäägid puutuvad kokku suurtes kogustes petrooleetriga, madala keevusega alkaanidega, sadestuvad ained nn. asfalteenid, mis lahustuvad madalamatel areenidel ja teiste komponentide solvatatsioon - malteenid, mis koosnevad süsivesinike osast ja vaikudest.
Kaasaegsed skeemid nafta raske osa eraldamiseks põhinevad klassikalistel meetoditel, mille pakkus esmakordselt välja Markusson. Süsinikdisulfiidis ja teistes lahustites lahustumatud ained klassifitseeritakse järgmiselt karboidid. Nimetatakse aineid, mis lahustuvad ainult süsinikdisulfiidis ja sadestuvad süsiniktetrakloriidiga karbeenid. Karboidid ja karbeenid reeglina leidub hävitava nafta rafineerimise raskete toodete koostises mitu protsenti ja neid käsitletakse allpool eraldi. Toorõlide koostises ja nafta esmase rafineerimise jääkides need praktiliselt puuduvad.
Isoleeritud asfalteenide omadused sõltuvad ka lahustist. Lahustite olemuse ja omaduste erinevuste tagajärg on see, et araabia õlidest pärit asfalteenide molekulmass benseenis lahustatuna on keskmiselt 2 korda suurem kui tetrahüdrofuraanis. (Tabel 2. 5).
Tabel 2.5
Lahusti lahuse parameeter Dielektriline dipoolmoment, Dläbilaskvus läbilaskvus
Tetrahüdrofuraan 9,1 7,58 1,75 Benseen 9,2 2,27 0
Nafta CAB-de struktuuri ja olemuse ideede väljatöötamise protsessis saab eristada kahte peamist etappi, mis on seotud kolloid-dispersiooni struktuuri üldise ideega, kuid erinevad üksiku elemendi struktuuri hindamise metoodilisest lähenemisviisist. kolloidse struktuuriga. Esimeses etapis - CAB-molekulide struktuuri käsitlevate keemiliste ideede etapis - kasutati tundmatu ühendi struktuuri tuvastamiseks standardset keemilist lähenemisviisi. Pärast vaikude ja asfalteenide molekulmassi, elementide koostise ja molekulaarvalemite kindlaksmääramist C n H 2 n - z N p S g O r . Seejärel arvutati z väärtus. Vaikude puhul oli see 40-50, asfalteenide puhul - 130-140. Tüüpiline näide selliste uuringute tulemuste kohta erinevate kodumaiste ja välismaiste õlide CAB proovide kohta on esitatud tabelis. 2.4. (vt tabel 1.4). Nagu näha, erinevad asfalteenid samast allikast pärit vaikudest suurema süsiniku ja metallide sisalduse ning vesiniku osakaalu vähenemise, polüaromaatsete tuumade suurema suuruse, suurte alifaatsete asendajate lühema keskmise pikkuse ja väiksema arvu atsükliliste poolest. fragmendid, mis on otseselt liitunud aromaatsete tuumadega.
Teist etappi võib iseloomustada kui asfalteenide struktuuri käsitlevate füüsikaliste ideede arendamise etappi ja asfalteenide assotsieerumiskalduvuse põhjuste analüüsi. Tõepoolest, molekulmassi sõltuvuse määramistingimustest (vt tabel 2.5), samuti selle lineaarse sõltuvuse asfalteeniosakeste suurusest (joonis 1.5) selgitamine sai võimalikuks kvalitatiivselt uute ideede raames. asfalteenide struktuur.
1961. aastal T. Yen pakkus välja asfalteenide struktuuri nn "plaadist plaadile" virnamudeli. Mudel ei põhine mitte vajadusel järgida asfalteenide koostise arvutatud struktuurseid parameetreid, vaid erinevate molekulide polüaromaatsete fragmentide tasapinnalise paralleelse orientatsiooni põhimõttelisel võimalusel. Nende seos molekulidevahelise (π - π, doonor-aktseptor jne) interaktsiooni tulemusena toimub kihiliste virnastusstruktuuride moodustumisega (terminit "virnastamine" kasutatakse molekulaarbioloogias molekulide virnataolise paigutuse tähistamiseks eespool). teine).
Riis. 2.5. Asfalteenide osakeste suuruse (D) ja nende molekulmassi (M) vaheline korrelatsioon
Röntgendifraktsiooniandmetel põhineva jeeni mudeli kohaselt on asfalteenidel kristalne struktuur ja need on üksteisest 0,36 nm vahega 4-5 kihist koosnevad struktuurid diameetriga 0,9-1,7 nm. Virnastatud struktuuride suurus piki aromaatsete plaatide tasandit on 1,6–2,0 nm (joonis 2.6). Sirgjoonelised segmendid näitavad lamedaid polüaromaatseid fragmente ja purustatud segmendid näitavad molekulide küllastunud fragmente. Polüaromaatseid fragmente esindavad suhteliselt väikesed, enamasti mitte rohkem kui tetratsüklilised tuumad. Alifaatsetest fragmentidest on levinumad lühikesed alküülrühmad C1-C5, peamiselt metüülrühmad, kuid leidub ka hargnemata ahelaga alkaane, mis sisaldavad 10 või enama süsinikuaatomit. 1-5 kondenseerunud tsükliga CAB-molekulides on ka polütsüklilisi küllastunud struktuure, peamiselt bitsüklaane.
Jena mudeli raames saab asfalteenide molekulmassi sõltuvust isolatsioonitingimustest ja ülalmainitud lahusti olemusest hõlpsasti seletada seosega, mis viitab asfalteenide struktuurilise korralduse mitmele tasemele: molekulaarselt hajutatud olek. (I), milles asfalteenid on eraldi kihtidena; kolloidne olek (II), mis on iseloomulike mõõtmetega virnastusstruktuuride moodustumise tulemus; hajutatud kineetiliselt stabiilne olek (III), mis tuleneb virnastatud struktuuride agregatsioonist, ja hajutatud kineetiliselt ebastabiilne olek (IV), millega kaasneb sadenemine.
Riis. 2.6. Asfalteeni struktuuri mudel vastavalt Jenile
Asfalteenide struktuuri pakendistruktuuri mudeleid järgivad paljud kaasaegsed teadlased. Unger F.G. väljendas originaalset seisukohta CAB naftas esinemise ja olemasolu protsessi kohta. CAB-d sisaldavad õlid ja õlisüsteemid on tema arvates termodünaamiliselt labiilsed paramagnetilised seotud lahendused. Selliste lahuste assotsieerunud tuumad moodustavad asfalteenid, milles paiknevad stabiilsed vabad radikaalid ja südamikke ümbritsevad solvaadikihid koosnevad diamagnetilistest vaigumolekulidest. Mõned diamagnetilise vaigu molekulid on võimelised üle minema ergastatud kolmikolekusse ja läbima hemolüüsi. Seetõttu on vaigud potentsiaalseks asfalteenide allikaks, mis selgitab L.G. vaikude asfalteenideks muutmise lihtsus.
Seega on esitatud ideede uudsus seotud vahetusinteraktsioonide erilise rolli kinnitamisega CAB olemuse selgitamisel. Erinevalt pakimudelist töötatakse välja idee CAB osakese tsentraalselt sümmeetrilisest struktuurist. Selle postuleerisid esmakordselt D. Pfeiffer ja R. Saal, kes pakkusid välja asfalteenide struktuuriüksuse struktuuri staatilise mudeli. Selle kohaselt moodustavad struktuuriüksuse tuuma suure molekulmassiga polütsüklilised süsivesinikud ja seda ümbritsevad järk-järgult väheneva aromaatsusastmega komponendid. Neumann G. rõhutas, et energeetiliselt on kasulik pöörata polaarsed rühmad struktuuriüksuse sees ja süsivesinikradikaalid väljapoole, mis on kooskõlas polaarsuse võrdsustamise reegliga Rebinderi järgi.
Porfüriinid on looduslike naftakompleksiühendite tüüpilised näited. Porfüriinid, mille fookuspunktiks on vanaadium (vanadüüli kujul) või nikkel (vt 11). Õlivanadüülporfüriinid on peamiselt kahe seeria homoloogid: alküülasendatud porfüriinid, mille süsinikuaatomite koguarv on porfiinitsükli külgmistes asendajates ja porfüriinid, millel on täiendav tsüklopenteentsükkel. Metalli porfüriini komplekse on looduslikus bituumenis kuni 1 mg/100 g ja kõrge viskoossusega õlides kuni 20 mg/100 g õlis. Metallporfüriini komplekside jaotumise olemust SDS-i koostisosade vahel uurides leiti ekstraheerimise ja geelkromatograafia meetoditega, et 40% vanadüülporfüriinidest on kontsentreeritud dispergeeritud osakestesse (tuuma ja solvaadikihi koostises ligikaudu võrdselt). ) ning ülejäänud ja nikli porfüriinid sisalduvad dispersioonikeskkonnas.
Asfalteenide koostises olevad vanadüülporfüriinid annavad olulise panuse õlide pinnaaktiivsusse, samas kui asfalteenide sisemine pindaktiivsus on madal. Nii näitas Baškiiriast pärit õlide uuring, et õlide pindpinevus veega piiril on tugevas korrelatsioonis vanadüülporfüriinide sisaldusega neis, samas kui korrelatsioonikoefitsient nendes sisalduvate asfalteenide sisaldusega on suhteliselt madal (joonis 2.7).
Vähemal määral on uuritud metallide porfüriinide mõju õli dispergeeritud struktuurile ja faasisiirete toimumise tingimusi õlisüsteemides. On tõendeid nende negatiivse mõju kohta koos teiste heteroaatomiliste komponentidega nafta rafineerimise katalüütilistele protsessidele. Lisaks peaksid need tugevalt mõjutama SSS-i faasisiirete kineetikat ja mehhanismi.
Riis. 2.7. Pinnapealse pinge a isotermid vee piiril:
a - asfalteenide benseenilahused: 1 - asfalteenid porfüriinidega; 2-5 - asfalteenid porfüriinidena eemaldatakse vastavalt ühe, viie, seitsme, kolmeteistkümne ekstraheerimise järel; b - Baškiiria õli
Orgaanilised ained on süsinikku sisaldavate ühendite klass (välja arvatud karbiidid, karbonaadid, süsinikoksiidid ja tsüaniidid). Nimetus "orgaanilised ühendid" ilmus keemia arengu varases staadiumis ja teadlased räägivad enda eest ... Wikipedia
Üks olulisemaid orgaaniliste ühendite liike. Need sisaldavad lämmastikku. Need sisaldavad molekulis süsinik-vesinik ja lämmastik-süsinik sidemeid. Õli sisaldab lämmastikku sisaldavat püridiini heterotsüklit. Lämmastik on osa valkudest, nukleiinhapetest ja ... ... Vikipeediast
Germaaniumorgaanilised ühendid on metallorgaanilised ühendid, mis sisaldavad germaaniumi süsiniku sidet. Mõnikord nimetatakse neid germaaniumi sisaldavateks orgaanilisteks ühenditeks. Esimene saksaorgaaniline ühend tetraetüülgermaan oli ... ... Wikipedia
Räniorgaanilised ühendid on ühendid, mille molekulides on otsene räni-süsinik side. Silikoonühendeid nimetatakse mõnikord silikooniks, räni ladinakeelsest nimetusest räni. Silikoonühendid ... ... Wikipedia
Orgaanilised ühendid, orgaanilised ained on süsinikku sisaldavate keemiliste ühendite klass (v.a karbiidid, süsihape, karbonaadid, süsinikoksiidid ja tsüaniidid). Sisu 1 Ajalugu 2 klass ... Wikipedia
Metallorgaanilised ühendid (MOC) Orgaanilised ühendid, mille molekulides on side metalliaatomi ja süsinikuaatomi/aatomite vahel. Sisu 1 Metallorgaaniliste ühendite liigid 2 ... Vikipeedia
Halogeenorgaanilised ühendid on orgaanilised ühendid, mis sisaldavad vähemalt ühte C Hal sidet süsinikhalogeeniga. Halogeenorgaanilised ühendid jagunevad olenevalt halogeeni olemusest: fluororgaanilised ühendid; ... ... Wikipedia
Metallorgaanilised ühendid (MOC) on orgaanilised ühendid, mille molekulides on side metalliaatomi ja süsinikuaatomi/aatomite vahel. Sisu 1 Metallorgaaniliste ühendite liigid 2 Meetodid ... Wikipedia saamiseks
Orgaanilised ühendid, milles on tina-süsinik side, võivad sisaldada nii kahe- kui ka neljavalentset tina. Sisukord 1 Sünteesimeetodid 2 Tüübid 3 ... Vikipeedia
- (heterotsüklid) tsükleid sisaldavad orgaanilised ühendid, mis koos süsinikuga sisaldavad ka teiste elementide aatomeid. Neid võib pidada karbotsüklilisteks ühenditeks, mille ringis on heteroasendajad (heteroaatomid). Enamik ... ... Wikipedia
Klõpsates nupul "Laadi arhiiv alla", laadite vajaliku faili tasuta alla.
Enne selle faili allalaadimist pidage meeles häid esseesid, kontrolltöid, kursusetöid, lõputöid, artikleid ja muid dokumente, mida teie arvutis ei taotleta. See on teie töö, see peaks osalema ühiskonna arengus ja tooma inimestele. Otsige üles need tööd ja saatke need teadmistebaasi.
Oleme teile väga tänulikud meie ja kõik üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös.
Dokumendiga arhiivi allalaadimiseks sisestage allolevale väljale viiekohaline number ja klõpsake nuppu "Laadi arhiiv alla"
Sarnased dokumendid
Benseeni derivaatide nomenklatuur, nende sordid ja saamisviisid, praktilise kasutamise põhimõtted ja suunad. Benseeni struktuur ja selle aromaatsus. Hückeli reegel ja selle rakenduse omadused. Mittebensenoidsed aromaatsed ühendid.
abstraktne, lisatud 05.08.2013
Aromaatsed süsivesinikud: üldised omadused. Aromaatsete süsivesinike nomenklatuur ja isomeeria, füüsikalised ja keemilised omadused. Aromaatsete seeriate elektrofiilse ja nukleofiilse asendusreaktsioonide mehhanism. Areenide kasutamine, nende mürgisus.
abstraktne, lisatud 11.12.2011
Alkaanid on küllastunud süsivesinikud, mis sisaldavad ainult lihtsaid süsiniksidemeid. Alkaanide saamine: tööstuslik meetod, nitreerimine ja oksüdeerimine. Süsiniku kaksiksidet sisaldavad süsivesinikud on alkeenid või etüleensüsivesinikud. dieeni süsivesinikud.
loeng, lisatud 02.05.2009
Küllastumata ühendid, mille molekulis on kaks kaksiksidet, on dieeni süsivesinikud. Dieeni süsivesinike struktuuri ja nende omaduste seos. Devinüüli, isopreeni, sünteetilise kummi valmistamise meetodid. Orgaanilised halogeniidid ja nende klassifikatsioon.
loeng, lisatud 19.02.2009
Alkeenide struktuur, nomenklatuur. Küllastumata süsivesinikud, mille molekulid sisaldavad ühte C-C kaksiksidet. orbitaalide hübridisatsioon. Pilt aatomite ruumilisest struktuurist. Süsiniku skeleti ruumiline isomeeria. Alkeenide füüsikalised omadused.
esitlus, lisatud 06.08.2015
Ideede arendamine õli orgaanilise päritolu kohta. Parafiinsed, nafteensed ja aromaatsed süsivesinikud. Nafta küllastusrõhk gaasiga. Kristalliseerumistemperatuur, hägusus, tahkumine. Õli omaduste erinevused õlikandva reservuaari sees.
õpetus, lisatud 05.02.2014
Alkaanide (küllastunud süsivesinikud, parafiinid, alifaatsed ühendid) mõiste, nende süstemaatiline ja ratsionaalne nomenklatuur. Alkaanide keemilised omadused, radikaali asendamise ja oksüdatsiooni reaktsioonid. Küllastumata süsivesinike saamine ja regenereerimine.
Valik didaktilisi materjale "meelelahutuslikud ülesanded vene keeles"
Laste muinasjutte võrgus Loe muinasjuttu Valge part
Kosmosest ja astronautikast