أحماض النفثينيك (NA) عبارة عن مزيج من عدة أحماض سيكلوبنتيل وسيكلوهكسيل كربوكسيل بوزن جزيئي يتراوح من 120 إلى 700 أو أكثر من وحدات الكتلة الذرية. الجزء الرئيسي من الأحماض الكربوكسيلية بهيكل عظمي كربوني من 9 إلى 20 ذرة كربون. يدعي العلماء أن أحماض النفثينيك (NA) هي أحماض كربوكسيلية حلقي الأليفات تحتوي على 10-16 ذرة كربون ، على الرغم من وجود أحماض تحتوي على ما يصل إلى 50 ذرة كربون في الزيوت الثقيلة.
علم أصل الكلمة
هذا المصطلح له جذوره في المصطلح القديم إلى حد ما "نافثين" (سيكلو أليفاتي لكن غير عطري) ، والذي يستخدم لتصنيف الهيدروكربونات. تم استخدامه في الأصل لوصف مزيج معقد من الأحماض البترولية عندما كانت الطرق التحليلية المتاحة في أوائل القرن العشرين لا تستطيع تحديد سوى القليل منها بدقة.مكونات نوع نافثينيك. اليوم ، يستخدم حمض النفثينيك بشكل عام للإشارة إلى جميع الأحماض الكربوكسيلية الموجودة في البترول (سواء كانت مركبات حلقية أو لا حلقية أو عطرية) والأحماض الكربوكسيلية التي تحتوي على ذرات غير متجانسة مثل N و S. الأحماض الأليفاتية المتفرعة السلسلة والأحماض العطرية. تحتوي بعض الأحماض على > 50٪ أحماض أليفاتية وعطرية مجتمعة.
الصيغة
يتم تمثيل الأحماض النفثينية بالصيغة العامة CnH2n-z O2 ، حيث n هو عدد ذرات الكربون و z هي السلسلة المتجانسة. قيمة z هي 0 للأحماض الحلقية المشبعة وتزيد إلى 2 في الأحماض أحادية الحلقة ، و 4 في الأحماض ثنائية الحلقة ، و 6 في الأحماض ثلاثية الحلقات ، و 8 في الأحماض الرباعية الحلقات.
تستخدم أملاح الأحماض التي تسمى النفثينات على نطاق واسع كمصادر أيونات معدنية كارهة للماء في مجموعة متنوعة من التطبيقات. تم دمج أملاح الألومنيوم والصوديوم لحمض النفثينيك وحمض البالمتيك خلال الحرب العالمية الثانية لصنع النابالم. وتم تصنيع النابالم بنجاح. تأتي كلمة "نابالم" من كلمتي "حمض النفثينيك" وحمض البالمتيك ".
اتصال النفط
تمت دراسة طبيعة حمض النفثينيك وأصله واستخراجه واستخدامه التجاري لبعض الوقت. ومن المعروف أن النفط الخام من حقول في رومانيا وروسيا وفنزويلا وبحر الشمال والصين وغرب إفريقيايحتوي على كمية كبيرة من المركبات الحمضية مقارنة بمعظم النفط الخام الأمريكي. محتوى حمض الكربوكسيل في بعض المنتجات البترولية في كاليفورنيا مرتفع بشكل خاص (يصل إلى 4٪) ، حيث يُقال إن أكثر فئات الأحماض الكربوكسيلية شيوعًا هي أحماض أليفاتية حلقية وأروماتية.
تكوين
تختلف التركيبة باختلاف تركيبة الزيت الخام والظروف أثناء المعالجة والأكسدة. يمكن أن تتسبب الكسور الغنية بأحماض النفثينيك في تلف معدات المصفاة للتآكل ، لذلك تمت دراسة ظاهرة التآكل الحمضي (NAC) جيدًا. غالبًا ما يشار إلى النفط الخام عالي الحموضة على أنه النفط الخام المرتفع الإجمالي الحمضي (TAN) أو النفط الخام عالي الحموضة (HAC). تعتبر أحماض النفثينيك من الملوثات الرئيسية في المياه من استخراج النفط من الرمال الزيتية في أثاباسكا (AOS). للأحماض سمية حادة ومزمنة للأسماك والكائنات الأخرى.
البيئة
في ورقته البحثية التي يتم الاستشهاد بها كثيرًا والتي نُشرت في مجلة Toxicological Sciences ، ذكر روجرز أن خلائط حمض النفثينيك هي أهم الملوثات البيئية الناتجة عن إنتاج الرمال الزيتية. ووجدوا أنه في ظل الظروف الأسوأ ، من غير المحتمل أن تحدث سمية حادة للثدييات البرية المعرضة للأحماض في الماء ، لكن التعرض المتكرر قد يكون له آثار صحية ضارة.
في مقالته عام 2002تم الاستشهاد بأكثر من 100 مرة ، أبلغ روجرز وآخرون عن إجراء مختبري قائم على المذيبات مصمم لاستخراج الأحماض بكفاءة من كميات كبيرة من مياه Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). توجد أحماض النفثينيك في مياه بقايا AOS (TPW) بتركيز تقديري قدره 81 مجم / لتر ، وهو مستوى منخفض للغاية بالنسبة لمادة TPW التي لا يمكن اعتبارها مصدرًا حيويًا للاسترداد التجاري.
حذف
تتم إزالة حمض النفثينيك من المواد البترولية ليس فقط لتقليل التآكل ، ولكن أيضًا لاستعادة المنتجات المفيدة تجاريًا. أكبر استخدام حالي وتاريخي لهذا الحمض هو إنتاج معدن النفثينات. يتم استخلاص الأحماض من نواتج التقطير البترولي عن طريق الاستخلاص القلوي ، وتجديدها في عملية تحييد الحمض ، ثم تقطيرها لإزالة الشوائب. يتم تصنيف الأحماض المباعة تجاريًا حسب رقم الحمض ومستوى الشوائب واللون. تستخدم لإنتاج النفثينات المعدنية ومشتقات أخرى مثل الإسترات والأميدات.
النفثينات
النفثينات هي أملاح حمضية شبيهة بالأسيتات المناظرة لها ، وهي محددة بشكل أفضل لكنها أقل فائدة. النفثينات ، مثل أحماض النفثينيك في البترول ، قابلة للذوبان بدرجة عالية في الوسائط العضوية مثل الدهانات. يتم استخدامها في الصناعة ، بما في ذلك إنتاج مثل هذه الأشياء المفيدة: المنظفات الاصطناعية ، مواد التشحيم ، مثبطات التآكل ، الوقود وزيوت التشحيم المضافة ، المواد الحافظةللخشب والمبيدات الحشرية ومبيدات الفطريات ومبيدات الحشرات وعوامل الترطيب ومكثفات النابالم ومجففات الزيت المستخدمة في الطلاء ومعالجة أسطح الخشب.
رمال النفط
تشير إحدى الدراسات إلى أن أحماض النفثينيك هي أكثر ملوثات البيئة نشاطًا من بين جميع المواد المشتقة من استخراج النفط من الرمال الزيتية. ومع ذلك ، في ظل ظروف التسرب والتلوث ، من غير المحتمل أن تحدث السمية الحادة في الثدييات البرية المعرضة للأحماض في مياه أحواض المخلفات ، ولكن التعرض المتكرر قد يكون له آثار ضارة على صحة الحيوان. توجد الأحماض في الرمال الزيتية ومياه المخلفات بتركيز يقدر بـ 81 مجم / لتر.
باستخدام بروتوكولات منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (OECD) لاختبار السمية ، جادل باحثون أمريكيون بأنه بناءً على دراساتهم ، فإن NAs المنقى ، عند تناولها عن طريق الفم ، لم تكن سامة جينية للثدييات. ومع ذلك ، قد يتراكم الضرر الناجم عن NDT من التعرض قصير المدى أثناء التعرض الحاد أو المتقطع مع التعرض المتكرر.
سيكلوبنتان
السيكلوبنتان عبارة عن هيدروكربون أليف حلقي قابل للاشتعال بالصيغة الكيميائية C5H10 ورقم CAS 287-92-3 ، ويتكون من حلقة من خمس ذرات كربون ، كل منها مرتبطة بذرتين من الهيدروجين فوق وتحت المستوى. غالبًا ما يتم تقديمه في النموذجسائل عديم اللون برائحة شبيهة بالبنزين. نقطة انصهارها هي -94 درجة مئوية ونقطة غليانها هي 49 درجة مئوية. ينتمي السيكلوبنتان إلى فئة الألكانات الحلقية وهي ألكانات ذات حلقة واحدة أو أكثر من ذرات الكربون. يتكون من تكسير الهكسان الحلقي في وجود الألومينا عند درجة حرارة وضغط مرتفعين.
لقد فقد إنتاج أحماض النفثينيك ، بما في ذلك السيكلوبنتان ، طابعه الكتلي السابق في السنوات الأخيرة.
تم إعداده لأول مرة في عام 1893 من قبل الكيميائي الألماني يوهانس فيزليكوس. في الآونة الأخيرة ، غالبًا ما يشار إليها باسم أحماض النفثينيك.
دور في الإنتاج
يستخدم السيكلوبنتان في إنتاج الراتنجات الاصطناعية والمواد اللاصقة للمطاط ، وكعامل نفخ في إنتاج رغوة البولي يوريثان العازلة ، والتي توجد في العديد من الأجهزة المنزلية مثل الثلاجات والمجمدات ، لتحل محل البدائل الضارة بيئيًا مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية -11 ومركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية 141 ب.
المزلقات متعددة الألكلة الحلقي (MAC) لها تقلبات منخفضة وتستخدم في بعض التطبيقات المتخصصة.
تنتج الولايات المتحدة أكثر من نصف مليون كيلوجرام من هذه المادة الكيميائية سنويًا. في روسيا ، يتم إنتاج أحماض النفثينيك (بما في ذلك السيكلوبنتان) كمنتج طبيعي لمعالجة النفط.
ألكانات سيكلو يمكن صنعها باستخدام عملية تعرف باسم إعادة التشكيل التحفيزي. على سبيل المثال ، يمكن تحويل 2-ميثيل بوتان إلى سيكلوبنتان باستخدام محفز بلاتيني. هذا يستخدم بشكل خاص فيالسيارات ، حيث ستحترق الألكانات المتفرعة بشكل أسرع.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
من المثير للدهشة أن الهكسانات الحلقية تبدأ في الغليان أعلى بمقدار 10 درجات مئوية من سداسي هيدرو بنزين أو هيكسانافثين ، ولكن تم حل هذا اللغز في عام 1895 بواسطة ماركوفنيكوف ، إن إم. Kishner و Nikolai Zelinsky عندما أعادوا استخدام هيكساهيدروبنزين و hexanaphthene كميثيل حلقي بنتان - نتيجة لرد فعل عنيف غير متوقع.
على الرغم من أنه غير تفاعلي إلى حد ما ، إلا أن الهكسان الحلقي يخضع للأكسدة التحفيزية لتكوين سيكلوهكسانون وسيكلوهكسانول. خليط من سيكلوهكسانون سيكلوهكسانول ، يسمى "زيت KA" ، هو المادة الخام لحمض الأديبيك وكابرولاكتام ، سلائف النايلون.
التطبيق
يستخدم كمذيب في بعض ماركات سائل التصحيح. يستخدم الهكسان الحلقي أحيانًا كمذيب عضوي غير قطبي ، على الرغم من استخدام n-hexane بشكل أكثر شيوعًا لهذا الغرض. غالبًا ما يستخدم أيضًا كمذيب لإعادة التبلور ، حيث تظهر العديد من المركبات العضوية قابلية ذوبان جيدة في سيكلوهكسان ساخن وقابلية ذوبان ضعيفة في درجات حرارة منخفضة.
الهكسان الحلقي يستخدم أيضًا لمعايرة أدوات قياس المسعر التفاضلي (DSC) نظرًا للانتقال المريح من الكريستال إلى البلورة عند -87.1 درجة مئوية.
تُستخدم أبخرة الهكسان الحلقي في أفران الكربنة الفراغية في تصنيع معدات المعالجة الحرارية.
تشوه
حلقة بها 6 رؤوس لا تتطابق مع شكل سداسي مثالي. يحتوي الشكل السداسي المستوي على إجهاد زاوي كبير لأن روابطه ليست 109.5 درجة. سيكون التشوه الالتوائي مهمًا أيضًا حيث سيتم خسوف جميع الروابط.
لذلك ، من أجل تقليل التشوه الالتوائي ، يتبنى الهكسان الحلقي هيكلًا ثلاثي الأبعاد يُعرف باسم "كرسي التوافق". هناك أيضًا نوعان آخران من المطابقات الوسيطة - "نصف الكرسي" ، وهو أكثر المطابقة غير المستقرة ، و "القارب الملتوي" ، وهو أكثر استقرارًا. تم اقتراح هذه الأسماء الغريبة لأول مرة في وقت مبكر من عام 1890 من قبل هيرمان ساكس ، لكنها أصبحت مقبولة على نطاق واسع في وقت لاحق.
نصف ذرات الهيدروجين في مستوى الحلقة (استوائي) ، والنصف الآخر عمودي على المستوى (محوريًا). يوفر هذا التشكل هيكل الهكسان الحلقي الأكثر استقرارًا. هناك شكل آخر من الهكسان الحلقي يُعرف باسم "شكل القارب" ، لكنه سيتحول إلى تكوين "براز" أكثر ثباتًا.
الهكسان الحلقي لديه أدنى زاوية وإجهاد إلتوائي لجميع الألكانات الحلقية ، مما أدى إلى اعتبار الهكسان الحلقي 0 في مجموع إجهاد الحلقة. وينطبق الشيء نفسه على أملاح الصوديوم لأحماض النفثينيك.
مراحل
يحتوي الهكسان الحلقي على مرحلتين بلوريتين. المرحلة الأولى من درجات الحرارة المرتفعة ، مستقرة بين +186 درجة مئوية ودرجة الحرارةنقطة الانصهار +280 درجة مئوية ، عبارة عن بلورة بلاستيكية ، مما يعني أن الجزيئات تحتفظ بدرجة معينة من حرية الحركة. تكون درجة الحرارة المنخفضة (أقل من 186 درجة مئوية) المرحلة الثانية أكثر ترتيبًا. تم الحصول على المرحلتين الأخريين ذات درجة الحرارة المنخفضة (المستقرة) الثالثة والرابعة عن طريق تطبيق ضغوط معتدلة أعلى من 30 ميجا باسكال ، وتظهر المرحلة الرابعة حصريًا في حلقي الهكسان المذاب (لاحظ أن تطبيق الضغط يزيد من جميع درجات الحرارة الانتقالية).
