Naphthensyrer (NA) er en blanding af flere cyclopentyl- og cyclohexylcarboxylsyrer med en molekylvægt på 120 til 700 eller flere atommasseenheder. Hovedfraktionen er carboxylsyrer med et kulstofskelet fra 9 til 20 kulstofatomer. Forskere hævder, at naphthensyrer (NA) er cycloalifatiske carboxylsyrer med 10-16 carbonatomer, selvom der er fundet syrer indeholdende op til 50 carbonatomer i tunge olier.
Etymologi
Udtrykket har sine rødder i det noget arkaiske udtryk "naphthene" (cykloalifatisk, men ikke-aromatisk), som bruges til at klassificere kulbrinter. Det blev oprindeligt brugt til at beskrive en kompleks blanding af petroleumsbaserede syrer, da analytiske metoder, der var tilgængelige i begyndelsen af 1900'erne, kun kunne identificere nogle få med nøjagtighed.komponenter af naphthenisk type. I dag bruges naphthensyre mere generelt til at henvise til alle carboxylsyrer, der findes i petroleum (uanset om det er cykliske, acykliske eller aromatiske forbindelser) og carboxylsyrer indeholdende heteroatomer såsom N og S. Talrige undersøgelser har vist, at de fleste cycloalifatiske syrer også indeholder lige og forgrenede alifatiske syrer og aromatiske syrer. Nogle syrer indeholder > 50 % kombinerede alifatiske og aromatiske syrer.
Formel
Naphthensyrer er repræsenteret ved den generelle formel CnH2n-z O2, hvor n er antallet af carbonatomer, og z er den homologe række. Z-værdien er 0 for mættede acykliske syrer og stiger til 2 i monocykliske syrer, til 4 i bicykliske syrer, til 6 i tricykliske syrer og til 8 i tetracykliske syrer.
S alte af syrer kaldet naphthenater er meget udbredt som hydrofobe metalionkilder i en række forskellige anvendelser. Aluminium- og natriums altene af naphthensyre og palmitinsyre blev kombineret under Anden Verdenskrig for at fremstille napalm. Og napalm blev syntetiseret med succes. Ordet "napalm" kommer fra ordene "naphthensyre" og palmitinsyre".
Olietilslutning
Naftensyres natur, oprindelse, ekstraktion og kommercielle brug er blevet undersøgt i et stykke tid. Det er kendt, at råolie fra felter i Rumænien, Rusland, Venezuela, Nordsøen, Kina og Vestafrikaindeholder en stor mængde sure forbindelser sammenlignet med det meste af amerikansk råolie. Carboxylsyreindholdet i nogle californiske olieprodukter er særligt højt (op til 4%), hvor de mest almindelige klasser af carboxylsyrer rapporteres at være cycloalifatiske og aromatiske syrer.
Composition
Sammensætningen varierer afhængigt af sammensætningen af råolien og betingelserne under forarbejdning og oxidation. Fraktioner, der er rige på naphthensyrer, kan forårsage korrosionsskader på raffinaderiudstyr, så fænomenet syrekorrosion (NAC) er blevet grundigt undersøgt. Råolie med højt syreindhold omtales ofte som råolie med højt tot alt syretal (TAN) eller råolie med høj syreindhold (HAC). Naphthensyrer er en væsentlig forurening i vand fra udvinding af olie fra Athabasca oliesand (AOS). Syrer har både akut og kronisk toksicitet over for fisk og andre organismer.
Miljø
I sit ofte citerede papir udgivet i Toxicological Sciences udt alte Rogers, at naphthensyreblandinger er de væsentligste miljøforurenende stoffer fra oliesandproduktion. De fandt ud af, at under værste tilfælde er akut toksicitet usandsynlig for vilde pattedyr, der er udsat for syrer i vandet, men gentagen eksponering kan have negative helbredseffekter.
I hans artikel fra 2002citeret over 100 gange, rapporterede Rogers et al en opløsningsmiddelbaseret laboratorieprocedure designet til effektivt at udvinde syrer fra store mængder Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW) vand. Naphthensyrer er til stede i AOS Tailings Water (TPW) i en estimeret koncentration på 81 mg/L, et for lavt niveau til, at TPW kan betragtes som en levedygtig kilde til kommerciel nyttiggørelse.
Slet
Naphthensyre fjernes fra petroleumsstoffer, ikke kun for at minimere korrosion, men også for at genvinde kommercielt nyttige produkter. Den største nuværende og historiske anvendelse af denne syre er i produktionen af metalnaphthenater. Syrer ekstraheres fra jordoliedestillater ved alkalisk ekstraktion, regenereres i en syreneutraliseringsproces og destilleres derefter for at fjerne urenheder. Syrer, der sælges kommercielt, er klassificeret efter syretal, urenhedsniveau og farve. Bruges til fremstilling af metalnaphthenater og andre derivater såsom estere og amider.
naftenater
Naphthenater er sure s alte analoge med de tilsvarende acetater, bedre definerede, men mindre nyttige. Naphthenater er ligesom naphthensyrerne i petroleum meget opløselige i organiske medier såsom maling. De bruges i industrien, herunder fremstilling af sådanne nyttige ting: syntetiske rengøringsmidler, smøremidler, korrosionsinhibitorer, brændstof- og smøreolieadditiver, konserveringsmidlertil træ, insekticider, fungicider, acaricider, befugtningsmidler, napalmefortykningsmidler og olietørremidler til maling og træoverfladebehandling.
Oliesand
En undersøgelse fastslår, at naphthensyrer er det mest aktive miljøforurenende stof af alle stoffer, der stammer fra udvinding af olie fra oliesand. Under forhold med lækage og kontaminering er det dog usandsynligt, at akut toksicitet vil forekomme hos vilde pattedyr, der udsættes for syrer i tailingsdammens vand, men gentagen eksponering kan have ugunstige dyresundhedseffekter. Syrer er til stede i oliesand og tailingsvand i en anslået koncentration på 81 mg/L.
Ved at bruge Organisationen for Økonomisk Samarbejde og Udviklings (OECD) protokoller til toksicitetstestning hævdede amerikanske forskere, at oprensede NA'er, når de indtages or alt, ikke var akut genotoksiske for pattedyr, baseret på deres undersøgelser. Skader forårsaget af NDT fra kortvarig eksponering under akut eller intermitterende eksponering kan dog akkumuleres ved gentagen eksponering.
Cyclopentane
Cyclopentan er et brændbart alicyklisk carbonhydrid med den kemiske formel C5H10 og CAS-nummer 287-92-3, bestående af en ring med fem carbonatomer, hver bundet til to hydrogenatomer over og under planet. Det præsenteres ofte i formenfarveløs væske med en lugt, der ligner benzin. Dens smeltepunkt er -94°C og dens kogepunkt er 49°C. Cyclopentan tilhører klassen af cycloalkaner og er alkaner med en eller flere ringe af carbonatomer. Det dannes ved at revne cyclohexan i nærværelse af aluminiumoxid ved høj temperatur og tryk.
Produktionen af naphthensyrer, herunder cyclopentan, har mistet sin tidligere massekarakter i de senere år.
Den blev først forberedt i 1893 af den tyske kemiker Johannes Wieslikus. For nylig er det ofte omt alt som naphthensyrer.
Rolle i produktion
Cyclopentan anvendes til fremstilling af syntetiske harpikser og gummiklæbemidler, og som blæsemiddel ved fremstilling af polyurethan-isoleringsskum, som findes i mange husholdningsapparater som køleskabe og frysere, der erstatter miljøskadelige alternativer som f.eks. CFC'er -11 og HCFC- 141b.
Multiple cyclopentane alkylation (MAC) smøremidler har lav flygtighed og bruges i nogle specialiserede applikationer.
USA producerer mere end en halv million kilogram af dette kemikalie om året. I Rusland produceres naphthensyrer (herunder cyclopentan) som et naturligt produkt fra olieforarbejdning.
Cycloalkaner kan fremstilles ved hjælp af en proces kendt som katalytisk reformering. For eksempel kan 2-methylbutan omdannes til cyclopentan under anvendelse af en platinkatalysator. Dette bruges især ibiler, da forgrenede alkaner brænder meget hurtigere.
Fysiske og kemiske egenskaber
Overraskende nok begynder deres cyclohexaner at koge 10 °C højere end hexahydrobenzen eller hexanaphthen, men denne gåde blev løst i 1895 af Markovnikov, N. M. Kishner og Nikolai Zelinsky, da de genbrugte hexahydrobenzen og hexanaphthen som methylcyclopentan - resultatet af et uventet tilbageslag.
Selv om det er ret ikke-reaktivt, gennemgår cyclohexan katalytisk oxidation for at danne cyclohexanon og cyclohexanol. En blanding af cyclohexanon-cyclohexanol, kaldet "KA-olie", er råmaterialet til adipinsyre og caprolactam, forstadier til nylon.
Application
Det bruges som opløsningsmiddel i nogle mærker af korrektionsvæske. Cyclohexan bruges nogle gange som et ikke-polært organisk opløsningsmiddel, selvom n-hexan er mere almindeligt anvendt til dette formål. Det bruges også ofte som omkrystallisationsopløsningsmiddel, da mange organiske forbindelser udviser god opløselighed i varm cyclohexan og dårlig opløselighed ved lave temperaturer.
Cyclohexan bruges også til at kalibrere instrumenter til differentiel scanningkalorimetri (DSC) på grund af den bekvemme overgang mellem krystal og krystal ved -87,1 °C.
Cyclohexandampe bruges i vakuumopkulningsovne til fremstilling af varmebehandlingsudstyr.
Deformation
En ring med 6 hjørner passer ikke til formen på en perfekt sekskant. Den plane sekskantede konformation har betydelig vinkelspænding, fordi dens bindinger ikke er 109,5 grader. Torsionsdeformation vil også være betydelig, da alle bindinger vil blive formørket.
For at reducere torsionsdeformation anvender cyclohexan derfor en tredimensionel struktur kendt som "konformationel stol". Der er også to andre mellemkonformere - "halv stol", som er den mest ustabile konformer, og "twist boat", som er mere stabil. Disse excentriske navne blev først foreslået så tidligt som i 1890 af Hermann Sachs, men blev bredt accepteret meget senere.
Halvdelen af hydrogenatomerne er i ringens plan (ækvatori alt), og den anden halvdel er vinkelret på planet (aksi alt). Denne konformation giver den mest stabile cyclohexanstruktur. Der er en anden konformation af cyclohexan kendt som "bådkonformationen", men den vil konvertere til en lidt mere stabil "afførings"-formation.
Cyclohexan har den laveste vinkel- og torsionsspænding af alle cycloalkaner, hvilket resulterer i, at cyclohexan betragtes som 0 i den samlede ringspænding. Det samme gælder for natriums alte af naphthensyrer.
Phases
Cyclohexan har to krystallinske faser. Høj temperatur fase I, stabil mellem +186 °C og temperatursmeltepunkt +280 °C, er en plastisk krystal, hvilket betyder, at molekylerne bevarer en vis grad af bevægelsesfrihed. Lavtemperatur (under 186°C) fase II er mere velordnet. De to andre lavtemperatur- (metastabile) faser III og IV blev opnået ved at påføre moderate tryk over 30 MPa, og fase IV optræder udelukkende i deutereret cyclohexan (bemærk, at påføringen af tryk øger alle overgangstemperaturer).
