Naphthensäuren (NA) sind ein Gemisch aus mehreren Cyclopentyl- und Cyclohexylcarbonsäuren mit einem Molekulargewicht von 120 bis 700 oder mehr atomaren Masseneinheiten. Die Hauptfraktion sind Carbonsäuren mit einem Kohlenstoffgerüst von 9 bis 20 Kohlenstoffatomen. Wissenschaftler behaupten, dass Naphthensäuren (NA) cycloaliphatische Carbonsäuren mit 10-16 Kohlenstoffatomen sind, obwohl Säuren mit bis zu 50 Kohlenstoffatomen in Schwerölen gefunden wurden.
Etymologie
Der Begriff hat seine Wurzeln in dem etwas archaischen Begriff "Naphthen" (cycloaliphatisch, aber nicht aromatisch), der zur Klassifizierung von Kohlenwasserstoffen verwendet wird. Es wurde ursprünglich verwendet, um eine komplexe Mischung von Säuren auf Erdölbasis zu beschreiben, als die in den frühen 1900er Jahren verfügbaren Analysemethoden nur wenige mit Genauigkeit identifizieren konnten. Komponenten vom naphthenischen Typ. Heutzutage wird Naphthensäure allgemeiner verwendet, um alle in Erdöl vorhandenen Carbonsäuren (ob cyclische, acyclische oder aromatische Verbindungen) und Carbonsäuren mit Heteroatomen wie N und S zu bezeichnen. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die meisten cycloaliphatischen Säuren auch gerade und enth alten verzweigtkettige aliphatische Säuren und aromatische Säuren. Einige Säuren enth alten > 50 % kombinierte aliphatische und aromatische Säuren.
Formel
Naphthensäuren werden durch die allgemeine Formel CnH2n-z O2 dargestellt, wobei n die Anzahl der Kohlenstoffatome und z die homologe Reihe ist. Der z-Wert ist 0 für gesättigte acyclische Säuren und steigt bei monocyclischen Säuren auf 2, bei bicyclischen Säuren auf 4, bei tricyclischen Säuren auf 6 und bei tetracyclischen Säuren auf 8.
Salze von Säuren, die als Naphthenate bezeichnet werden, werden in einer Vielzahl von Anwendungen häufig als Quellen für hydrophobe Metallionen verwendet. Die Aluminium- und Natriumsalze von Naphthensäure und Palmitinsäure wurden während des Zweiten Weltkriegs kombiniert, um Napalm herzustellen. Und Napalm wurde erfolgreich synthetisiert. Das Wort „Napalm“kommt von den Wörtern „Naphthensäure“und Palmitinsäure“.
Ölanschluss
Natur, Herkunft, Gewinnung und kommerzielle Nutzung von Naphthensäure werden seit geraumer Zeit untersucht. Es ist bekannt, dass Rohöl aus Feldern in Rumänien, Russland, Venezuela, der Nordsee, China und Westafrika stammtenthält im Vergleich zu den meisten US-Rohölen eine große Menge saurer Verbindungen. Der Carbonsäuregeh alt einiger kalifornischer Erdölprodukte ist besonders hoch (bis zu 4 %), wobei die häufigsten Klassen von Carbonsäuren Berichten zufolge cycloaliphatische und aromatische Säuren sind.
Zusammensetzung
Die Zusammensetzung variiert je nach Zusammensetzung des Rohöls und den Bedingungen während der Verarbeitung und Oxidation. Fraktionen, die reich an Naphthensäuren sind, können Korrosionsschäden an Raffinerieanlagen verursachen, daher wurde das Phänomen der Säurekorrosion (NAC) gut untersucht. Rohöl mit hohem Säuregeh alt wird oft als Rohöl mit hoher Gesamtsäurezahl (TAN) oder Rohöl mit hoher Säurezahl (HAC) bezeichnet. Naphthensäuren sind eine Hauptverunreinigung im Wasser aus der Gewinnung von Öl aus den Ölsanden von Athabasca (AOS). Säuren haben sowohl akute als auch chronische Toxizität für Fische und andere Organismen.
Umwelt
In seinem oft zitierten Artikel, der in Toxicological Sciences veröffentlicht wurde, stellte Rogers fest, dass Naphthensäuremischungen die bedeutendsten Umweltschadstoffe aus der Ölsandproduktion sind. Sie fanden heraus, dass unter Worst-Case-Bedingungen eine akute Toxizität für wilde Säugetiere, die Säuren im Wasser ausgesetzt sind, unwahrscheinlich ist, aber eine wiederholte Exposition negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann.
In seinem Artikel von 2002Rogers et al., die über 100 Mal zitiert wurden, berichteten über ein lösungsmittelbasiertes Laborverfahren, das darauf ausgelegt ist, Säuren effizient aus großen Wassermengen von Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW) zu extrahieren. Naphthensäuren sind in AOS Tailings Water (TPW) in einer geschätzten Konzentration von 81 mg/l vorhanden, ein zu geringer Wert, um TPW als brauchbare Quelle für die kommerzielle Rückgewinnung zu betrachten.
Löschen
Naphthensäure wird aus Erdölsubstanzen entfernt, nicht nur um die Korrosion zu minimieren, sondern auch um kommerziell nützliche Produkte zu gewinnen. Die größte gegenwärtige und historische Verwendung dieser Säure ist die Herstellung von Metallnaphthenaten. Säuren werden aus Erdöldestillaten durch alkalische Extraktion extrahiert, in einem Säureneutralisationsprozess regeneriert und dann destilliert, um Verunreinigungen zu entfernen. Kommerziell verkaufte Säuren werden nach Säurezahl, Verunreinigungsgrad und Farbe klassifiziert. Wird zur Herstellung von Metallnaphthenaten und anderen Derivaten wie Estern und Amiden verwendet.
Naphthenate
Naphthenate sind Säuresalze analog zu den entsprechenden Acetaten, besser definiert, aber weniger nützlich. Naphthenate sind wie die Naphthensäuren in Erdöl in organischen Medien wie Farben gut löslich. Sie werden in der Industrie verwendet, einschließlich der Herstellung solcher nützlichen Dinge: synthetische Reinigungsmittel, Schmiermittel, Korrosionsschutzmittel, Kraftstoff- und Schmierölzusätze, Konservierungsmittelfür Holz, Insektizide, Fungizide, Akarizide, Netzmittel, Napalm-Verdickungsmittel und Öl-Trockenmittel für Anstriche und Holzoberflächenbehandlungen.
Ölsand
Eine Studie besagt, dass Naphthensäuren die aktivsten Umweltschadstoffe aller Substanzen sind, die bei der Gewinnung von Öl aus Ölsanden entstehen. Unter Bedingungen von Leckage und Kontamination ist es jedoch unwahrscheinlich, dass bei wilden Säugetieren, die Säuren im Absetzbeckenwasser ausgesetzt sind, eine akute Toxizität auftritt, aber eine wiederholte Exposition kann nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit der Tiere haben. Säuren sind in Ölsanden und Abraumwasser in einer geschätzten Konzentration von 81 mg/l vorhanden.
Unter Verwendung der Protokolle der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) für Toxizitätstests argumentierten US-Forscher, dass auf der Grundlage ihrer Studien gereinigte NAs bei oraler Einnahme nicht akut genotoxisch für Säugetiere seien. Schäden, die durch ZfP bei kurzfristiger Exposition während einer akuten oder intermittierenden Exposition verursacht werden, können sich jedoch bei wiederholter Exposition anhäufen.
Cyclopentan
Cyclopentan ist ein brennbarer alicyclischer Kohlenwasserstoff mit der chemischen Formel C5H10 und der CAS-Nummer 287-92-3, bestehend aus einem Ring aus fünf Kohlenstoffatomen, die jeweils an zwei Wasserstoffatome über und unter der Ebene gebunden sind. Es wird oft in der Form dargestelltfarblose Flüssigkeit mit benzinähnlichem Geruch. Sein Schmelzpunkt liegt bei -94°C und sein Siedepunkt bei 49°C. Cyclopentan gehört zur Klasse der Cycloalkane und sind Alkane mit einem oder mehreren Ringen aus Kohlenstoffatomen. Es entsteht durch Cracken von Cyclohexan in Gegenwart von Aluminiumoxid bei hoher Temperatur und hohem Druck.
Die Produktion von Naphthensäuren, darunter Cyclopentan, hat in den letzten Jahren ihren früheren Massencharakter verloren.
Es wurde erstmals 1893 von dem deutschen Chemiker Johannes Wieslikus hergestellt. In letzter Zeit wird es oft als Naphthensäure bezeichnet.
Rolle in der Produktion
Cyclopentan wird bei der Herstellung von Kunstharzen und Gummiklebstoffen sowie als Treibmittel bei der Herstellung von Polyurethan-Isolierschaum verwendet, der in vielen Haush altsgeräten wie Kühl- und Gefrierschränken enth alten ist und umweltbelastende Alternativen wie z FCKW -11 und HFCKW- 141b.
Multiple Cyclopentan Alkylation (MAC)-Schmiermittel haben eine geringe Flüchtigkeit und werden in einigen Spezialanwendungen verwendet.
Die Vereinigten Staaten produzieren mehr als eine halbe Million Kilogramm dieser Chemikalie pro Jahr. In Russland werden Naphthensäuren (einschließlich Cyclopentan) als Naturprodukt der Erdölverarbeitung hergestellt.
Cycloalkane können mit einem Verfahren hergestellt werden, das als katalytische Reformierung bekannt ist. Beispielsweise kann 2-Methylbutan unter Verwendung eines Platinkatalysators in Cyclopentan umgewandelt werden. Dies kommt vor allem in zum EinsatzAutos, da verzweigte Alkane viel schneller brennen.
Physikalische und chemische Eigenschaften
Überraschenderweise beginnen ihre Cyclohexane 10 °C höher zu sieden als Hexahydrobenzol oder Hexanaphthen, aber dieses Rätsel wurde 1895 von Markovnikov, N. M. Kishner und Nikolai Zelinsky, als sie Hexahydrobenzol und Hexanaphthen zu Methylcyclopentan umfunktionierten – das Ergebnis einer unerwarteten Gegenreaktion.
Obwohl eher nicht reaktiv, unterliegt Cyclohexan einer katalytischen Oxidation, um Cyclohexanon und Cyclohexanol zu bilden. Ein Gemisch aus Cyclohexanon-Cyclohexanol, genannt „KA-Öl“, ist der Rohstoff für Adipinsäure und Caprolactam, Vorläufer von Nylon.
Bewerbung
Es wird als Lösungsmittel in Korrekturflüssigkeiten einiger Marken verwendet. Cyclohexan wird manchmal als unpolares organisches Lösungsmittel verwendet, obwohl n-Hexan für diesen Zweck häufiger verwendet wird. Es wird auch oft als Umkristallisationslösungsmittel verwendet, da viele organische Verbindungen eine gute Löslichkeit in heißem Cyclohexan und eine schlechte Löslichkeit bei niedrigen Temperaturen aufweisen.
Cyclohexan wird aufgrund des bequemen Kristall-zu-Kristall-Übergangs bei -87,1 °C auch zur Kalibrierung von Instrumenten für die Differenzkalorimetrie (DSC) verwendet.
Cyclohexan-Dämpfe werden in Vakuumaufkohlungsöfen bei der Herstellung von Wärmebehandlungsanlagen verwendet.
Verformung
Ein Ring mit 6 Ecken entspricht nicht der Form eines perfekten Sechsecks. Die planare Hexagon-Konformation weist eine signifikante Winkelspannung auf, da ihre Bindungen nicht 109,5 Grad betragen. Die Torsionsverformung wird ebenfalls signifikant sein, da alle Bindungen in den Schatten gestellt werden.
Um die Torsionsverformung zu verringern, nimmt Cyclohexan daher eine dreidimensionale Struktur an, die als "Konformationsstuhl" bekannt ist. Es gibt auch zwei weitere Zwischenkonformere – „Half Chair“, das instabilste Konformer, und „Twist Boat“, das stabiler ist. Diese exzentrischen Namen wurden erstmals 1890 von Hermann Sachs vorgeschlagen, fanden aber viel später breite Akzeptanz.
Die Hälfte der Wasserstoffatome befindet sich in der Ebene des Rings (äquatorial), die andere Hälfte steht senkrecht zur Ebene (axial). Diese Konformation liefert die stabilste Cyclohexanstruktur. Es gibt eine andere Konformation von Cyclohexan, die als "Boot-Konformation" bekannt ist, aber sie wird sich in eine etwas stabilere "Stuhl"-Formation umwandeln.
Cyclohexan hat die geringste Winkel- und Torsionsdehnung aller Cycloalkane, was dazu führt, dass Cyclohexan bei der Gesamtringdehnung als 0 betrachtet wird. Dasselbe gilt für Natriumsalze von Naphthensäuren.
Phasen
Cyclohexan hat zwei kristalline Phasen. Hochtemperaturphase I, stabil zwischen +186 °C und TemperaturSchmelzpunkt +280 °C, ist ein plastischer Kristall, wodurch die Moleküle eine gewisse Bewegungsfreiheit beh alten. Die Phase II bei niedriger Temperatur (unter 186 °C) ist geordneter. Die beiden anderen (metastabilen) Niedertemperaturphasen III und IV wurden durch Anwendung mäßiger Drücke über 30 MPa erh alten, und Phase IV tritt ausschließlich in deuteriertem Cyclohexan auf (beachte, dass die Anwendung von Druck alle Übergangstemperaturen erhöht).
