Jeden z najbežnejších chemické prvky zahrnuté v prevažnej väčšine chemických látok je kyslík. Oxidy, kyseliny, zásady, alkoholy, fenoly a iné zlúčeniny obsahujúce kyslík sa študujú v priebehu anorganických a organická chémia. V našom článku budeme študovať vlastnosti, ako aj uviesť príklady ich použitia v priemysle, poľnohospodárstvo a medicíne.
oxidy
Najjednoduchšie v štruktúre sú binárne zlúčeniny kovov a nekovov s kyslíkom. Klasifikácia oxidov zahŕňa tieto skupiny: kyslé, zásadité, amfotérne a indiferentné. Hlavným kritériom pre rozdelenie všetkých týchto látok je, ktorý prvok sa spája s kyslíkom. Ak je to kov, potom sú základné. Napríklad: CuO, MgO, Na 2 O - oxidy medi, horčíka, sodíka. Ich hlavnou chemickou vlastnosťou je reakcia s kyselinami. Oxid meďnatý teda reaguje s kyselinou chlorovodíkovou:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63,3 kJ.
Prítomnosť atómov nekovových prvkov v molekulách binárnych zlúčenín naznačuje, že patria ku kyslému vodíku H 2 O, oxid uhličitý CO 2 , oxid fosforečný P 2 O 5 . Schopnosť takýchto látok reagovať s alkáliami je ich hlavnou chemická charakterizácia.
V dôsledku reakcie sa môžu vytvoriť druhy: kyslé alebo stredné. To bude závisieť od toho, koľko mólov alkálie reaguje:
- CO2 + KOH => KHC03;
- CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.
Ďalšia skupina zlúčenín obsahujúcich kyslík, ktoré zahŕňajú také chemické prvky ako zinok alebo hliník, sa označuje ako amfotérne oxidy. Vo svojich vlastnostiach existuje tendencia k chemickej interakcii s kyselinami aj zásadami. Produkty interakcie oxidov kyselín s vodou sú kyseliny. Napríklad pri reakcii anhydridu kyseliny sírovej a vody vznikajú kyseliny - to je jedna z najdôležitejších tried zlúčenín obsahujúcich kyslík.
Kyseliny a ich vlastnosti
Zlúčeniny pozostávajúce z atómov vodíka spojených s komplexnými iónmi kyslých zvyškov sú kyseliny. Bežne sa dajú rozdeliť na anorganické, napríklad kyselinu uhličitú, síran, dusičnan a organické zlúčeniny. Posledne uvedené zahŕňajú kyselinu octovú, mravčiu a olejovú kyselinu. Obe skupiny látok majú podobné vlastnosti. Takže vstupujú do neutralizačnej reakcie so zásadami, reagujú so soľami a zásaditými oxidmi. Takmer všetky kyseliny obsahujúce kyslík v vodné roztoky disociovať na ióny, ktoré sú vodičmi druhého druhu. Pomocou indikátorov je možné určiť kyslú povahu ich prostredia v dôsledku nadmernej prítomnosti vodíkových iónov. Napríklad fialový lakmus sa po pridaní do roztoku kyseliny zmení na červený. Typický predstaviteľ Organické zlúčeniny je kyselina octová obsahujúca karboxylovú skupinu. Obsahuje atóm vodíka, ktorý spôsobuje kyselinu.Je to bezfarebná kvapalina so špecifickým štipľavým zápachom, kryštalizujúca pri teplotách pod 17°C. CH 3 COOH, podobne ako iné kyseliny obsahujúce kyslík, je dokonale rozpustný vo vode v akomkoľvek pomere. Jeho 3 - 5% roztok je v každodennom živote známy pod názvom ocot, ktorý sa používa pri varení ako dochucovadlo. Látka našla svoje uplatnenie aj pri výrobe acetátového hodvábu, farbív, plastov a niektorých liečiv.
Organické zlúčeniny obsahujúce kyslík
V chémii možno rozlíšiť veľkú skupinu látok obsahujúcich okrem uhlíka a vodíka aj častice kyslíka. Sú to karboxylové kyseliny, estery, aldehydy, alkoholy a fenoly. Všetky Chemické vlastnosti sú určené prítomnosťou špeciálnych komplexov v molekulách - funkčné skupiny. Napríklad alkohol obsahujúci iba limitné väzby medzi atómami - ROH, kde R je uhľovodíkový radikál. Tieto zlúčeniny sa zvyčajne považujú za deriváty alkánov, v ktorých je jeden atóm vodíka nahradený hydroxoskupinou.
Fyzikálne a chemické vlastnosti alkoholov
Stav agregácie alkoholy sú kvapalné alebo tuhé zlúčeniny. Medzi alkoholmi nie sú žiadne plynné látky, čo možno vysvetliť tvorbou asociátov - skupín pozostávajúcich z niekoľkých molekúl spojených slabými vodíkovými väzbami. Táto skutočnosť určuje aj dobrú rozpustnosť nižších alkoholov vo vode. Vo vodných roztokoch sa však organické látky obsahujúce kyslík - alkoholy, nedisociujú na ióny, nemenia farbu indikátorov, to znamená, že majú neutrálnu reakciu. Atóm vodíka funkčnej skupiny je slabo viazaný na iné druhy, takže v chemické interakcie schopné opustiť molekulu. Na rovnakom mieste voľnej valencie sa nahrádza inými atómami, napríklad pri reakciách s aktívne kovy alebo s alkáliami - na atómy kovov. V prítomnosti katalyzátorov, ako je platinové pletivo alebo meď, sa alkoholy oxidujú pomocou silných oxidačných činidiel, dvojchrómanu draselného alebo manganistanu draselného, na aldehydy.
esterifikačná reakcia
Jedna z najdôležitejších chemických vlastností kyslíka organickej hmoty: alkoholy a kyseliny – ide o reakciu vedúcu k tvorbe esterov. Má veľký praktický význam a používa sa v priemysle na extrakciu esterov používaných ako rozpúšťadlá v Potravinársky priemysel(ako ovocné esencie). V medicíne sa niektoré z esterov používajú ako spazmolytiká, napríklad etylnitrit rozširuje periférne cievy a izoamylnitrit je ochrancom kŕčov koronárnych artérií. Rovnica esterifikačnej reakcie má nasledujúci tvar:
CH3COOH + C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H20
V ňom CH3COOH je kyselina octová a C2H5OH je chemický vzorec alkohol etanol.
Aldehydy
Ak zlúčenina obsahuje funkčnú skupinu -COH, potom je klasifikovaná ako aldehyd. Sú prezentované ako produkty ďalšej oxidácie alkoholov, napríklad oxidačnými činidlami, ako je oxid meďnatý.
Prítomnosť karbonylového komplexu v molekulách mravčej alebo acetaldehydovej určuje ich schopnosť polymerizovať a pripájať atómy iných chemických prvkov. Kvalitatívne reakcie, ktoré možno použiť na preukázanie prítomnosti karbonylovej skupiny a príslušnosti látky k aldehydom, sú reakcia strieborného zrkadla a interakcia s hydroxidom medi pri zahrievaní:
Acetaldehyd, používaný v priemysle na výrobu octová kyselina- veľa tonáž produktu organickej syntézy.
Vlastnosti organických zlúčenín obsahujúcich kyslík - karboxylové kyseliny
Prítomnosť karboxylovej skupiny - jednej alebo viacerých - je rozlišovacia črta karboxylové kyseliny. Vďaka štruktúre funkčnej skupiny sa v kyslých roztokoch môžu vytvárať diméry. Sú navzájom spojené vodíkovými väzbami. Zlúčeniny disociujú na vodíkové katióny a anióny zvyškov kyselín a sú slabými elektrolytmi. Výnimkou je prvý zástupca radu limitujúcich jednosýtnych kyselín - mravčia, alebo metán, ktorý je vodičom druhého druhu strednej pevnosti. Prítomnosť iba jednoduchých sigma väzieb v molekulách indikuje limit, ale ak látky majú vo svojom zložení dvojité pí väzby, je to nenasýtené látky. Do prvej skupiny patria kyseliny ako metán, octová, maslová. Druhým sú zlúčeniny, ktoré sú súčasťou tekutých tukov - olejov, napríklad kyseliny olejovej. Chemické vlastnosti zlúčenín obsahujúcich kyslík: organické a nie organické kyseliny sú do značnej miery podobné. Môžu teda interagovať s aktívnymi kovmi, ich oxidmi, s alkáliami a tiež s alkoholmi. Napríklad kyselina octová reaguje so sodíkom, oxidom a vytvára soľ - octan sodný:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Osobitné miesto zaujímajú zlúčeniny vyšších karboxylových kyselín obsahujúcich kyslík: stearová a palmitová, s trojmocným nasýteným alkoholom - glycerínom. Patria medzi estery a nazývajú sa tuky. Rovnaké kyseliny sú súčasťou sodných a draselných solí ako kyslý zvyšok a tvoria mydlá.
Dôležitými organickými zlúčeninami, ktoré sú v prírode široko rozšírené a zohrávajú vedúcu úlohu ako energeticky najnáročnejšia látka, sú tuky. Nie sú samostatnou zlúčeninou, ale zmesou heterogénnych glyceridov. Ide o zlúčeniny limitujúceho viacsýtneho alkoholu – glycerínu, ktorý podobne ako metanol a fenol obsahuje hydroxylové funkčné skupiny. Tuky môžu byť podrobené hydrolýze - zahrievaniu vodou v prítomnosti katalyzátorov: alkálie, kyseliny, oxidy zinku, horčík. Produkty reakcie budú glycerol a rôzne karboxylové kyseliny, ďalej používané na výrobu mydla. Aby sa pri tomto procese nepoužívali drahé prírodné esenciálne karboxylové kyseliny, získavajú sa oxidáciou parafínu.
Fenoly
Po zvážení tried zlúčenín obsahujúcich kyslík sa zastavme pri fenoloch. Sú reprezentované fenylovým zvyškom -C6H5 spojeným s jednou alebo viacerými funkčnými hydroxylovými skupinami. Najjednoduchším predstaviteľom tejto triedy je kyselina karbolová alebo fenol. Ako veľmi slabá kyselina, môže interagovať s alkáliami a aktívnymi kovmi - sodíkom, draslíkom. Látka s výraznými baktericídnymi vlastnosťami - fenol sa používa v medicíne, ako aj pri výrobe farbív a fenolformaldehydových živíc.
V našom článku sme študovali hlavné triedy zlúčenín obsahujúcich kyslík a tiež sme zvážili ich chemické vlastnosti.
Organické látky sú triedou zlúčenín obsahujúcich uhlík (s výnimkou karbidov, uhličitanov, oxidov uhlíka a kyanidov). Názov "organické zlúčeniny" sa objavil v ranom štádiu vývoja chémie a vedci hovoria sami za seba ... Wikipedia
Jeden z najdôležitejších typov organických zlúčenín. Obsahujú dusík. V molekule obsahujú väzby uhlík-vodík a dusík-uhlík. Olej obsahuje pyridínový heterocyklus obsahujúci dusík. Dusík je súčasťou bielkovín, nukleových kyselín a ... ... Wikipedia
Organogermániové zlúčeniny sú organokovové zlúčeniny obsahujúce uhlíkovú väzbu germánia. Niekedy sa nazývajú akékoľvek organické zlúčeniny obsahujúce germánium. Prvá organonemecká zlúčenina tetraetylgermán bola ... ... Wikipedia
Organokremičité zlúčeniny sú zlúčeniny, v ktorých molekulách je priama väzba kremík-uhlík. Silikónové zlúčeniny sa niekedy nazývajú silikóny, z latinského názvu pre kremík, kremík. Silikónové zlúčeniny ... ... Wikipedia
Organické zlúčeniny, trieda organických látok chemické zlúčeniny, ktoré zahŕňajú uhlík (s výnimkou karbidov, kyselina uhličitá uhličitany, oxidy uhlíka a kyanidy). Obsah 1 História 2 Trieda ... Wikipedia
Organokovové zlúčeniny (MOC) Organické zlúčeniny, v ktorých molekulách je väzba medzi atómom kovu a atómom/atómami uhlíka. Obsah 1 Typy organokovových zlúčenín 2 ... Wikipedia
Organohalogénové zlúčeniny sú organické zlúčeniny obsahujúce aspoň jednu väzbu C Hal uhlík halogén. Organohalogénové zlúčeniny sa v závislosti od povahy halogénu delia na: organické zlúčeniny fluóru; ... ... Wikipedia
Organokovové zlúčeniny (MOC) sú organické zlúčeniny, v ktorých molekulách existuje väzba medzi atómom kovu a atómom/atómami uhlíka. Obsah 1 Typy organokovových zlúčenín 2 Metódy získavania ... Wikipedia
Organické zlúčeniny, v ktorých je prítomná väzba cín-uhlík, môžu obsahovať dvojmocný aj štvormocný cín. Obsah 1 Metódy syntézy 2 Typy 3 ... Wikipedia
- (heterocykly) organické zlúčeniny obsahujúce cykly, ktoré spolu s uhlíkom obsahujú aj atómy iných prvkov. Možno ich považovať za karbocyklické zlúčeniny s heterosubstituentmi (heteroatómami) v kruhu. Väčšina ... ... Wikipedia
Test na tému: "Organické látky obsahujúce kyslík a dusík" (10. stupeň)
Vážení študenti, toto Overovacie práce je výsledkom štúdia témy “ Organické látky obsahujúce kyslík a dusík„a ovplyvňuje nastavenie známky za trimester. Na jeho dokončenie máte 40 minút. Pri vystupovaní je zakázané používať učebnicu, referenčné materiály a Inttrnet.
Prajem ti úspech!
1. Najvyššiu aktivitu má atóm vodíka v molekule
2. Interagujte navzájom
3. Neinteragujte medzi sebou
4. Kyselina octová môže reagovať s ktoroukoľvek z týchto dvoch látok
5. Sú pravdivé? nasledujúce rozsudky o vlastnostiach kyseliny octovej?
1. Kyselina octová nereaguje s uhličitanom sodným.
2. Roztok kyseliny octovej vedie elektriny.
6. Dehydratačná reakcia je možná pre
7. Hydroxid sodný bude reagovať s
9. Produkt oxidácie propanolu nemôže byť
10. Pri zahrievaní 57,5 g etanolu s koncentrovanou kyselinou sírovou vznikli dve organické zlúčeniny A a B. Látka A je plyn, ktorý dokáže odfarbiť 100 g 40 % roztoku brómu v tetrachlórmetáne. Látka B je kvapalina s nízkym bodom varu. Určte výsledné zlúčeniny A a B, vypočítajte aj objem A (pri N.O.) a hmotnosť B za predpokladu, že etanol úplne zreagoval.
| Overený obsah | Testované zručnosti |
|
| Vlastnosti látok | ||
| Vlastnosti fenolu | Možnosť vybrať jednu odpoveď zo štyroch možností |
|
| Vlastnosti alkoholov | Možnosť vybrať jednu odpoveď zo štyroch možností |
|
| Vlastnosti organických kyselín | Možnosť vybrať jednu odpoveď zo štyroch možností |
|
| Vlastnosti organických kyselín | Možnosť vybrať jednu odpoveď zo štyroch možností |
|
| Dehydratačné reakcie organických látok | ||
| Vlastnosti organických kyselín a fenolu | Schopnosť viacnásobného výberu |
|
| Uskutočnenie reťazca reakcií | Schopnosť viacnásobného výberu |
|
| Vlastnosti alkoholov | Schopnosť viacnásobného výberu |
|
| Vlastnosti alkoholov | Schopnosť písať a riešiť problémy |
Kľúče k testu
10. 5,6 1 eténu a 37 g dietyléteru
Je známe, že vlastnosti organických látok sú určené ich zložením a chemickou štruktúrou. Preto nie je prekvapujúce, že klasifikácia organických zlúčenín vychádza z teórie štruktúry – teórie L. M. Butlerova. Organické látky klasifikujte podľa prítomnosti a poradia spojenia atómov v ich molekulách. Najodolnejšou a najmenej premenlivou časťou molekuly organickej hmoty je jej kostra – reťazec atómov uhlíka. Podľa poradia spojenia atómov uhlíka v tomto reťazci sa látky delia na acyklické, ktoré v molekulách neobsahujú uzavreté reťazce atómov uhlíka, a karbocyklické, obsahujúce takéto reťazce (cykly) v molekulách.
Okrem atómov uhlíka a vodíka môžu molekuly organických látok obsahovať atómy iných chemických prvkov. Látky, v ktorých molekuly sú tieto takzvané heteroatómy zahrnuté v uzavretom reťazci, sa klasifikujú ako heterocyklické zlúčeniny.
Heteroatómy (kyslík, dusík atď.) môžu byť súčasťou molekúl a acyklických zlúčenín, ktoré v nich tvoria funkčné skupiny, napríklad hydroxyl - OH, karbonyl, karboxyl, aminoskupina -NH2.
Funkčná skupina- skupina atómov, ktorá určuje najcharakteristickejšie chemické vlastnosti látky a jej príslušnosť k určitej triede zlúčenín. 
uhľovodíky sú zlúčeniny, ktoré pozostávajú iba z atómov vodíka a uhlíka.
V závislosti od štruktúry uhlíkového reťazca sa organické zlúčeniny delia na zlúčeniny s otvoreným reťazcom - acyklické (alifatické) a cyklické- s uzavretým reťazcom atómov.
Cykly sú rozdelené do dvoch skupín: karbocyklické zlúčeniny(cykly sú tvorené len atómami uhlíka) a heterocyklický(cykly zahŕňajú aj ďalšie atómy, ako je kyslík, dusík, síra).
Karbocyklické zlúčeniny zase zahŕňajú dve série zlúčenín: alicyklický a aromatické.
Aromatické zlúčeniny v základe štruktúry molekúl majú ploché cykly obsahujúce uhlík so špeciálnym uzavretým systémom p-elektrónov, ktoré tvoria spoločný π-systém (jediný π-elektrónový oblak). Aromatickosť je charakteristická aj pre mnohé heterocyklické zlúčeniny.
Všetky ostatné karbocyklické zlúčeniny patria do alicyklickej série.
Acyklické (alifatické) aj cyklické uhľovodíky môžu obsahovať viacnásobné (dvojité alebo trojité) väzby. Takéto uhľovodíky sa nazývajú nenasýtené (nenasýtené) na rozdiel od limitujúcich (nasýtených) obsahujúcich iba jednoduché väzby.
Obmedzte alifatické uhľovodíky volal alkány, majú všeobecný vzorec C n H 2 n +2, kde n je počet atómov uhlíka. Ich starý názov sa často používa a teraz - parafíny.
Obsahujúce jedna dvojitá väzba, dostal meno alkény. Majú všeobecný vzorec CnH2n.
Nenasýtené alifatické uhľovodíkys dvoma dvojitými väzbami volal alkadiény
Nenasýtené alifatické uhľovodíkys jednou trojitou väzbou volal alkíny. Ich všeobecný vzorec je CnH2n-2.
Obmedzte alicyklické uhľovodíky - cykloalkány ich všeobecný vzorec CnH2n.
Špeciálna skupina uhľovodíkov, aromatické, alebo arény(s uzavretým spoločným π-elektrónovým systémom), známym z príkladu uhľovodíkov s všeobecný vzorec CnH2n-6.
Ak teda v ich molekulách jedna resp viac atómy vodíka sú nahradené inými atómami alebo skupinami atómov (halogény, hydroxylové skupiny, aminoskupiny atď.), vznikajú deriváty uhľovodíkov: halogénderiváty, kyslík obsahujúce, dusíkaté a iné organické zlúčeniny.
Halogénové deriváty uhľovodíky možno považovať za produkty substitúcie jedného alebo viacerých atómov vodíka v uhľovodíkoch atómami halogénu. V súlade s tým môžu existovať limitujúce a nenasýtené mono-, di-, tri- (všeobecne poly-) halogénové deriváty.
Všeobecný vzorec monohalogénových derivátov nasýtených uhľovodíkov:
a zloženie je vyjadrené vzorcom
C n H 2 n +1 Г,
kde R je zvyšok nasýteného uhľovodíka (alkán), uhľovodíkový radikál (toto označenie sa používa aj pri iných triedach organických látok), G je atóm halogénu (F, Cl, Br, I).
Alkoholy- deriváty uhľovodíkov, v ktorých je jeden alebo viac atómov vodíka nahradených hydroxylovými skupinami.
Alkoholy sú tzv monatomický, ak majú jednu hydroxylovú skupinu, a limit, ak sú derivátmi alkánov.
Všeobecný vzorec nasýtených jednosýtnych alkoholov:
a ich zloženie je vyjadrené všeobecným vzorcom:
CnH2n+1 OH alebo CnH2n+20
Známe príklady viacsýtne alkoholy majúce niekoľko hydroxylových skupín.
Fenoly- deriváty aromatických uhľovodíkov (benzénový rad), v ktorých je jeden alebo viac atómov vodíka v benzénovom kruhu nahradených hydroxylovými skupinami.
Najjednoduchší zástupca so vzorcom C 6 H 5 OH sa nazýva fenol.
Aldehydy a ketóny- deriváty uhľovodíkov obsahujúce karbonylovú skupinu atómov (karbonyl).
V molekulách aldehydu ide jedna karbonylová väzba na spojenie s atómom vodíka, druhá - s uhľovodíkovým radikálom.
V prípade ketónov je karbonylová skupina naviazaná na dva (všeobecne odlišné) radikály.
Zloženie limitujúcich aldehydov a ketónov je vyjadrené vzorcom C n H 2 l O.
karboxylové kyseliny- deriváty uhľovodíkov obsahujúce karboxylové skupiny (-COOH).
Ak je v molekule kyseliny jedna karboxylová skupina, potom je karboxylová kyselina jednosýtna. Všeobecný vzorec nasýtených jednosýtnych kyselín (R-COOH). Ich zloženie vyjadruje vzorec C n H 2 n O 2.
Étery sú organické látky obsahujúce dva uhľovodíkové radikály spojené atómom kyslíka: R-O-R alebo R1-0-R2.
Radikály môžu byť rovnaké alebo rôzne. Zloženie éterov je vyjadrené vzorcom C n H 2 n + 2 O
Estery- zlúčeniny vznikajúce substitúciou atómu vodíka karboxylovej skupiny v karboxylové kyseliny na uhľovodíkový radikál.
Nitro zlúčeniny- deriváty uhľovodíkov, v ktorých je jeden alebo viac atómov vodíka nahradených nitroskupinou -NO 2 .
Všeobecný vzorec limitujúcich mononitrozlúčenín:
a zloženie je vyjadrené všeobecným vzorcom
CnH2n+1N02.
Amines- zlúčeniny, ktoré sa považujú za deriváty amoniaku (NH 3), v ktorých sú atómy vodíka nahradené uhľovodíkovými radikálmi.
V závislosti od povahy radikálu môžu byť amíny alifatickéa aromatické.
V závislosti od počtu atómov vodíka nahradených radikálmi existujú:
Primárne amíny so všeobecným vzorcom: R-NH2
Sekundárne - so všeobecným vzorcom: R1-NH-R2
Terciárne - so všeobecným vzorcom:
V konkrétnom prípade môžu mať sekundárne, ako aj terciárne amíny rovnaké radikály.
Primárne amíny možno považovať aj za deriváty uhľovodíkov (alkánov), v ktorých je jeden atóm vodíka nahradený aminoskupinou -NH 2 . Zloženie limitujúcich primárnych amínov je vyjadrené vzorcom C n H 2 n + 3 N.
Aminokyseliny obsahujú dve funkčné skupiny spojené s uhľovodíkovým radikálom: aminoskupinu -NH2 a karboxyl-COOH.
Zloženie limitujúcich aminokyselín obsahujúcich jednu aminoskupinu a jeden karboxyl je vyjadrené vzorcom CnH2n+1NO2.
Sú známe ďalšie dôležité organické zlúčeniny, ktoré majú niekoľko rôznych alebo identických funkčných skupín, dlhé lineárne reťazce spojené s benzénovými kruhmi. V takýchto prípadoch nie je možné presne definovať, či látka patrí do určitej triedy. Tieto zlúčeniny sú často izolované do špecifických skupín látok: sacharidy, bielkoviny, nukleových kyselín, antibiotiká, alkaloidy atď.
Pre názov organických zlúčenín sa používajú 2 nomenklatúry – racionálne a systematické (IUPAC) a triviálne názvy.
Zostavovanie názvov podľa nomenklatúry IUPAC
1) Základom názvu zlúčeniny je koreň slova, označujúci nasýtený uhľovodík s rovnakým počtom atómov ako hlavný reťazec.
2) Ku koreňu sa pridá prípona, ktorá charakterizuje stupeň nasýtenia:
An (obmedzujúce, žiadne viacnásobné väzby);
-en (v prítomnosti dvojitej väzby);
-in (v prítomnosti trojitej väzby).
Ak existuje niekoľko násobných väzieb, potom je počet takýchto väzieb (-dién, -trién atď.) uvedený v prípone a za príponou musí byť poloha násobnej väzby uvedená číslami, napríklad:
CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 CH 3 -CH \u003d CH -CH 3
butén-1 butén-2
CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2
butadién-1,3
Skupiny ako nitro-, halogény, uhľovodíkové radikály, ktoré nie sú zahrnuté v hlavnom reťazci, sú vyňaté z predpony. Sú uvedené v abecednom poradí. Poloha substituentu je označená číslom pred predponou.
Poradie titulkov je nasledovné:
1. Nájdite najdlhší reťazec atómov C.
2. Postupne očíslujte atómy uhlíka hlavného reťazca, začínajúc od konca najbližšie k vetve.
3. Názov alkánu pozostáva z názvov vedľajších radikálov uvedených v abecednom poradí s uvedením polohy v hlavnom reťazci a názvu hlavného reťazca.
Nomenklatúra niektorých organických látok (triviálne a medzinárodné)
Heteroorganické zlúčeniny (obsahujúce síru, kyslík a dusík) rôznej štruktúry a molekulovej hmotnosti sú prítomné v rôznych pomeroch v destilačných a zvyškových ropných frakciách. Obzvlášť ťažké je študovať povahu a zloženie vysokomolekulárnych heteroorganických zlúčenín, ktorých hlavnou časťou sú dechtovo-asfaltové látky. Vďaka osamelým párom elektrónov sú heteroatómy síry, kyslíka a dusíka schopné pôsobiť ako koordinačné centrum pri vytváraní asociátov v ropných systémoch.
Zlúčeniny síry patria do najreprezentatívnejšej skupiny heteroatomických zložiek plynových kondenzátových a olejových systémov. Celkový obsah síry v ropných a plynových systémoch sa veľmi líši: od stotín percent po 6-8 % (hmotn.) a viac. Vysoký obsah celkovej síry je charakteristický pre plynové kondenzáty z Astrachanu, Karačaganaku (0,9 %) a iných polí. Obsah zlúčenín obsahujúcich síru v niektorých olejoch dosahuje 40 % (hm.) a viac, v niektorých prípadoch sa olej skladá takmer výlučne z nich. Na rozdiel od iných heteroatómov, ktoré sú prevažne koncentrované v CAB, významný podiel síry je obsiahnutý v destilačných frakciách. Obsah síry v primárnych frakciách sa spravidla zvyšuje s ich teplotou varu a celkovým obsahom síry v pôvodnom oleji.
Menšie množstvá anorganických zlúčenín obsahujúcich síru (elementárna síra a sírovodík) sú prítomné v ropných a plynových systémoch, môžu tiež vznikať ako sekundárne produkty rozkladu iných zlúčenín obsahujúcich síru pri vysokých teplotách v procesoch destilácie, deštruktívneho spracovania. Medzi zlúčeninami obsahujúcimi síru, ktoré sa nachádzajú v oleji, boli identifikované nasledujúce (podľa Ústavu chémie ropy, TF SB RAS).
1. Alifatické, alicyklické a aromatické tioly (merkaptány) 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
arenoalkanotioly tionaftoly
2. Tioétery (sulfidy) týchto hlavných typov:
R-S-R" C6H5-S-C6H5
tiaalkány, tiaalkény, tiaalkýnové diarylsulfidy
tiacykloalkány alkylarylsulfidy aryltiaalkány
(R, R" - nasýtené a nenasýtené alifatické uhľovodíkové substituenty).
3. Dialkyldisulfidy R-S-S-R", kde R, R" sú alkylové, cykloalkylové alebo arylové substituenty.
4. Tiofény a ich deriváty, z ktorých najdôležitejšie sú tieto arenotiofény:
alkylbenzotiofény alkylbenzotiofény alkyldibenzotiofény
Rozdelenie rôznych skupín zlúčenín obsahujúcich síru v olejoch a v ropných frakciách podlieha nasledujúcim zákonitostiam.
Tioly sú obsiahnuté takmer vo všetkých ropách, zvyčajne v malých koncentráciách a tvoria 2 – 10 % (hm.) z celkového obsahu zlúčenín obsahujúcich síru. V plynových kondenzátoch sa vyskytujú najmä alifatické merkaptány C 1 -C z. Niektoré oleje a plynové kondenzáty a ich frakcie sú prírodnými koncentrátmi merkaptánov, ktorých príkladmi sú benzínové frakcie superobrovského kaspického poľa; frakcia 40-200 °C plynového kondenzátu z orenburgského poľa, obsahujúca 1,24 % (hmotn.) celkovej síry, vrátane 0,97 % merkaptánu; ľahká petrolejová frakcia 120-280°C ropy z ložiska Tengiz, s obsahom 45-70% merkaptánsíry z celkového obsahu zlúčenín obsahujúcich síru. Zásoby prírodných tiolov v uhľovodíkových surovinách kaspického regiónu zároveň zodpovedajú úrovni ich globálnej syntetickej produkcie. Prírodné tioly sú perspektívnymi surovinami pre syntézu pesticídov (na báze symetrických triazínov) a odorizáciu skvapalnených plynov. Perspektívny dopyt Ruska po tioloch na odorizáciu je v súčasnosti 6 000 ton/rok.
Tioétery tvoria až 27 % celkových zlúčenín obsahujúcich síru v ropách a až 50 % v stredných frakciách, v ťažkých vákuových plynových olejoch je obsah sulfidov nižší. Spôsoby oddeľovania ropných sulfidov sú založené na ich schopnosti vytvárať komplexné zlúčeniny typu donor-akceptor prenosom osamoteného páru elektrónov z atómu síry na voľný akceptorový orbitál. Halogenidy kovov, halogénalkyly a halogény môžu pôsobiť ako akceptory elektrónov. Komplexné reakcie s ropnými sulfidmi, žiaľ, nie sú selektívne; na tvorbe komplexov sa môžu podieľať aj iné heteroatómové zložky oleja.
Dialkyldisulfidy sa v rope nenachádzajú, zvyčajne vznikajú pri oxidácii merkaptánov za miernych podmienok, a preto sú prítomné v benzínoch (do 15 %). Hlavný podiel zlúčenín obsahujúcich síru v olejoch pripadá na takzvanú „zvyškovú“ síru, ktorá sa štandardnými metódami nestanovuje. V jeho zložení prevládajú tiofény a ich deriváty, preto sa skôr „zvyšková“ síra nazývala „tiofén“, avšak pomocou hmotnostnej spektrometrie záporných iónov sa v nej našli predtým nedetegovateľné sulfoxidy, sulfóny a disulfán. V benzínových frakciách je obsah derivátov tiofénu nízky, v stredne a najmä vysokovriacich frakciách dosahuje 50 – 80 % celkových zlúčenín obsahujúcich síru. Relatívny obsah derivátov tiofénu sa spravidla zhoduje so stupňom aromaticity ropného systému. Ťažkosti vznikajúce pri izolácii zlúčenín obsahujúcich síru (najmä z vysokovriacich frakcií) sú spôsobené blízkosťou chemických vlastností arénov a tiofénov. Podobnosť ich chemického správania je daná aromatickosťou tiofénov, ktorá vzniká inkorporáciou sírového heteroatómu do π-elektrónového systému až po aromatický sextet. Dôsledkom toho je zvýšená tendencia ropných tiofénov k intenzívnym medzimolekulovým interakciám.
Zlúčeniny kyslíka obsiahnuté v olejových systémoch od 0,1-1,0 do 3,6 % (hm.). So zvyšujúcou sa teplotou varu frakcií destilátu sa ich obsah zvyšuje a hlavná časť kyslíka sa koncentruje v dechtovo-asfaltových látkach. Zloženie olejov a destilátov obsahuje až 20 % alebo viac zlúčenín obsahujúcich kyslík.
Medzi nimi sa tradične rozlišujú látky kyslej a neutrálnej povahy. Kyslé zložky zahŕňajú karboxylové kyseliny a fenoly. Neutrálne zlúčeniny obsahujúce kyslík predstavujú ketóny, anhydridy a amidy kyselín, estery, deriváty furánu, alkoholy a laktóny.
Prítomnosť kyselín v olejoch bola objavená už veľmi dávno kvôli vysokej chemickej aktivite v porovnaní s uhľovodíkmi. História ich objavenia v rope je nasledovná. Po prijatí petroleja Vysoká kvalita na osvetľovacie účely bola ošetrená alkáliami (acidobázické čistenie) a bola pozorovaná tvorba látok s vysokou emulgačnou schopnosťou. Následne sa ukázalo, že emulgátory sú sodné soli kyselín obsiahnuté vo frakciách destilátu. Extrakcia vodnými a alkoholovými roztokmi alkálií je stále klasickým spôsobom extrakcie kyslých zložiek z olejov. V súčasnosti sú metódy na izoláciu kyselín a fenolov tiež založené na interakcii ich funkčných skupín (karboxylových a hydroxylových) s akýmkoľvek činidlom.
Karboxylové kyseliny sú najviac študovanou triedou olejových zlúčenín obsahujúcich kyslík. Obsah ropných kyselín podľa frakcií sa mení podľa extrémnej závislosti, ktorej maximum spravidla pripadá na ľahké a stredné ropné frakcie. Identifikované chromato-hmotnostnou spektrometriou odlišné typy ropné kyseliny. Väčšina z nich je jednosýtna (RCOOH), kde sa ako R môže použiť takmer akýkoľvek fragment uhľovodíkov a heteroorganických zlúčenín oleja. Už dlho sa zistilo, že skupinové zloženie kyselín a olejov si navzájom zodpovedá: v metánových olejoch prevládajú alifatické kyseliny, v nafténových olejoch prevládajú nafténové a naftenoaromatické kyseliny. Boli nájdené alifatické kyseliny od C1 do C25 s lineárnou štruktúrou a niektoré s rozvetvenou štruktúrou. Zároveň sa pomer n-alkánových a rozvetvených kyselín v ropných kyselinách zhoduje s pomerom zodpovedajúcich uhľovodíkov v olejoch.
Alifatické kyseliny sú zastúpené predovšetkým n-alkánovými kyselinami. Z rozvetvených kyselín sú bežnejšie tie, ktoré obsahujú metylový substituent v hlavnom reťazci. Všetky nižšie izoméry tohto typu sa nachádzajú v olejoch až po C7. Ďalšou dôležitou skupinou alifatických kyselín sú izoprenoidové kyseliny, medzi ktorými dominujú kyseliny prestanová (C 19) a fytánová (C 20).
Alicyklické (nafténové) kyseliny oleja sú monocyklokarboxylové kyseliny - deriváty cyklopentánu a cyklohexánu; polycyklický môže obsahovať až 5 kruhov (údaje pre kalifornskú ropu). Skupiny COOH v molekulách monocyklických kyselín sú priamo spojené s cyklom alebo sú umiestnené na konci alifatických substituentov. V cykle môžu byť až tri (najčastejšie metylové) substituenty, ktorých najbežnejšie polohy sú 1, 2; 13; 1, 2, 4; 1, 1, 3 a 1, 1, 2, 3.
Molekuly tri-, tetra- a pentacyklických kyselín izolovaných z olejov sú postavené hlavne z kondenzovaných cyklohexánových kruhov.
Zistila sa prítomnosť hexacyklických nafténových kyselín s cyklohexánovými kruhmi v olejoch. Aromatické kyseliny v olejoch zastupuje kyselina benzoová a jej deriváty. Mnoho homologických sérií polycyklických naftenoaromatických kyselín sa našlo aj v olejoch a monoaromatické steroidné kyseliny boli identifikované v oleji Samotlor.
Zo zlúčenín obsahujúcich kyslík, ropa kyseliny sa vyznačujú najvyššou povrchovou aktivitou. Zistilo sa, že povrchová aktivita olejov s nízkym aj vysokým obsahom živice výrazne klesá po odstránení kyslých zložiek (kyselín a fenolov) z nich. Silné kyseliny sa podieľajú na tvorbe asociátov olejov, čo sa ukazuje pri štúdiu ich reologických vlastností.
Fenoly boli skúmané oveľa horšie ako kyseliny. Ich obsah v olejoch zo západosibírskych polí sa pohybuje od 40 do 900 mg/l. V západosibírskych olejoch sa koncentrácie fenolov zvyšujú v poradí 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.
Všetky najjednoduchšie alkylketóny C3-C6, acetofenón a jeho nafteno- a arenoderiváty, fluorenón a jeho najbližšie homológy boli nájdené v neutrálnych kyslíkatých zlúčeninách kalifornských olejov. Výťažok ketónového koncentrátu z oleja Samotlor, pozostávajúceho hlavne z dialkylketónov, je 0,36 %, pričom stupeň extrakcie ketónov je len 20 %, čo naznačuje prítomnosť ketónov s veľkými molekulovými hmotnosťami, ktoré nie je možné týmto spôsobom získať. Pri štúdiu ketónov v olejoch západnej Sibíri sa zistilo, že obsahujú C 19 -C3 2 ketóny a v metánových olejoch prevládajú alifatické ketóny a v nafténových olejoch prevládajú cyklánové a aromatické substituenty.
Dá sa predpokladať, že oleje obsahujú alkoholy vo voľnom stave, vo viazanom stave sú súčasťou esterov. Z heteroorganických zlúčenín oleja bola najviac študovaná náchylnosť zlúčenín obsahujúcich kyslík k intenzívnym intermolekulárnym interakciám.
Štúdium zlúčenín obsahujúcich dusík je možné dvoma spôsobmi – priamo v rope a po ich izolácii a separácii. Prvý spôsob umožňuje študovať zlúčeniny obsahujúce dusík v stave blízkom prirodzenému, nie je však vylúčený výskyt viditeľných chýb v dôsledku nízkej koncentrácie týchto zlúčenín. Druhý spôsob umožňuje znížiť takéto chyby, ale v procese chemického pôsobenia na olej počas separácie a izolácie je možná zmena ich štruktúry. Zistilo sa, že zlúčeniny obsahujúce dusík v oleji predstavujú najmä cyklické zlúčeniny. Alifatické zlúčeniny obsahujúce dusík sa nachádzajú iba v produktoch deštruktívnej rafinácie ropy, v ktorej vznikajú v dôsledku deštrukcie dusíkatých heterocyklov.
Všetky olejové zlúčeniny obsahujúce dusík sú spravidla funkčnými derivátmi arénov, a preto majú distribúciu molekulovej hmotnosti podobnú. Na rozdiel od arénov sa však zlúčeniny obsahujúce dusík koncentrujú vo vysokovriacich ropných frakciách a sú neoddeliteľnou súčasťou CAB. Až 95 % atómov dusíka prítomných v oleji je koncentrovaných v živiciach a asfalténoch. Bolo navrhnuté, že počas izolácie živíc a asfalténov sa s nimi vo forme donor-akceptorových komplexov súčasne vyzrážajú aj zlúčeniny s relatívne nízkou molekulovou hmotnosťou obsahujúce dusík.
V súlade so všeobecne uznávanou klasifikáciou podľa acidobázickej charakteristiky zlúčeniny obsahujúce dusík sa deliana dusíkaté zásady a neutrálne zlúčeniny.
Zásady obsahujúce dusík sú zjavne jedinými nositeľmi hlavných vlastností medzi komponentmi olejových systémov. Podiel zásad obsahujúcich dusík v oleji titrovanom kyselinou chloristou v prostredí kyseliny octovej sa pohybuje od 10 do 50 %. V súčasnosti bolo v olejoch a ropných produktoch identifikovaných viac ako 100 alkyl- a areno-kondenzovaných analógov pyridínu, chinolínu a iných báz.
Silne zásadité zlúčeniny obsahujúce dusík predstavujú pyridíny a ich deriváty:
Medzi slabo zásadité zlúčeniny obsahujúce dusík patria anilíny, amidy, imidy a N-cykloalkylové deriváty s alkylovými, cykloalkylovými a fenylovými skupinami ako substituentmi v pyrolovom kruhu:
Neutrálne zlúčeniny obsahujúce dusík, ktoré neobsahujú vo svojich molekulách iné heteroatómy okrem atómu dusíka a ktoré sú izolované z ropy, zahŕňajú indoly, karbazoly a ich nafténové deriváty a deriváty obsahujúce síru:
Keď sa izolujú, neutrálne zlúčeniny obsahujúce dusík tvoria asociácie so zlúčeninami obsahujúcimi kyslík a extrahujú sa spolu s bázami obsahujúcimi dusík.
Spolu s menovanými monofunkčnými zlúčeninami boli v olejoch identifikované nasledujúce zlúčeniny obsahujúce dusík:
1. Polyaromatické s dvoma atómami dusíka v molekule:
2. Zlúčeniny s dvoma heteroatómami (dusík a síra) v jednom cykle - tiazoly a benztiazoly a ich alkylové a nafténové homológy:
3. Zlúčeniny s dvoma heteroatómami dusíka a síry v rôznych cykloch: alkyl-, cykloalkylindoly a karbazoly obsahujúce tiofén.
4. Zlúčeniny s karbonylovou skupinou v heterocykle obsahujúcom dusík, ako sú piperidóny a chinolóny:
5. Porfyríny. Štruktúra porfyrínov, ktoré sú komplexnými zlúčeninami s vanadylom VO, niklom a železom, bude diskutovaná nižšie.
Dôležitosť dusíkatých zlúčenín ropy ako prírodných povrchovo aktívnych látok je veľmi vysoká; spolu s CAB do značnej miery určujú povrchovú aktivitu na hraniciach kvapalnej fázy a zmáčavosť ropy na rozhraní horninový olej, kov-olej. Zlúčeniny obsahujúce dusík a ich deriváty - pyridíny, hydroxypyridíny, chinolíny, hydroxychinolíny, imidazolíny, oxazolíny atď. - sú prírodné povrchovo aktívne látky rozpustné v oleji, ktoré majú inhibičné vlastnosti pri korózii kovov počas výroby, prepravy a rafinácie ropy. Slabšie povrchovo aktívne vlastnosti sú charakteristické pre také olejové zlúčeniny obsahujúce dusík, ako sú homológy pyrolu, indolu, karbazolu, tiazolov a amidov.
Živicovo-asfaltové látky (TAXÍK). Jednou z najreprezentatívnejších skupín heteroorganických makromolekulárnych olejových zlúčenín sú CAB. Charakteristické črty CAB - významné molekulové hmotnosti, prítomnosť rôznych heteroelementov v ich zložení, polarita, paramagnetizmus, vysoký sklon k MMW a asociácii, polydisperzita a prejav výrazných koloidne disperzných vlastností - prispeli k tomu, že metódy zvyčajne použité pri analýze sa ukázali ako nevhodné na ich štúdium.zložky s nízkou teplotou varu. Vzhľadom na špecifiká skúmaného objektu Sergienko S.R. pred viac ako 30 rokmi vyčlenil chémiu makromolekulárnych olejových zlúčenín ako samostatný odbor chémie ropy a zásadne prispel k jej vzniku svojimi zásadnými prácami.
Až do 60. a 70. rokov 20. storočia výskumníci určovali fyzikálno-chemické charakteristiky CAB (niektoré z nich sú uvedené v tabuľke 2.4) a pokúšali sa reprezentovať štruktúrny vzorec priemernej molekuly asfalténov a živíc na základe údajov z inštrumentálnej štrukturálnej analýzy.
Podobné pokusy sa uskutočňujú aj v súčasnosti. Hodnoty elementárneho zloženia, priemerných molekulových hmotností, hustoty, rozpustnosti atď., ktoré sa pre vzorky CAB rôznych domácich a zahraničných olejov menia vo významnom rozsahu, odrážajú rozmanitosť prírodných olejov. Väčšina heteroelementov prítomných v oleji a takmer všetky kovy sú koncentrované v živiciach a asfalténoch.
Dusík v CAB vstupuje hlavne do heteroaromatických fragmentov typu pyridín (základný), pyrol (neutrálny) a porfyrín (komplex kovu). Síra je súčasťou heterocyklov (tiofén, tiacyklán, tiazol), tiolových skupín a sulfidových mostíkov, ktoré zosieťujú molekuly. Kyslík v živiciach a asfalténoch je prítomný vo forme hydroxylových (fenolových, alkoholových), karboxylových, éterových (jednoduchý, komplexný laktón), karbonylových (ketónových, chinónových) skupín a furánových cyklov. Medzi molekulovou hmotnosťou asfalténov a obsahom heteroelementov existuje určitá zhoda (obr. 2.2).
Charakterizujme modernú úroveň predstáv o CAB. Yen si všíma univerzálnu povahu asfalténov ako zložky prírodných zdrojov uhlíka, nielen kaustobiolitov (oleje a tuhé palivá), ale aj sedimentárnych hornín a meteoritov.
Podľa klasifikácie prírodných zdrojov na báze uhľovodíkov, ktorú navrhol Abraham, oleje zahŕňajú tie, ktoré obsahujú až 35 – 40 % (hmotn.) CAB, a prírodné asfalty a bitúmeny obsahujú až 60 – 75 % (hmotn.) CAB, podľa na iné zdroje - až 42-81%. Na rozdiel od ľahších zložiek oleja, ktoré sa pripisovali ich skupinám na základe podobnosti ich chemickej štruktúry, je kritériom na kombinovanie zlúčenín do triedy nazývanej CAB ich blízkosť v rozpustnosti v konkrétnom rozpúšťadle. Pri vystavení oleja a zvyškov oleja veľkému množstvu petroléteru, nízkovriacich alkánov, vyzrážaniu látok tzv. asfaltény, ktoré sú rozpustné v nižších arénach, a solvatácia ďalších zložiek - malténov, pozostávajúcich z uhľovodíkovej časti a živíc.
Moderné schémy na separáciu ťažkej časti ropy sú založené na klasických metódach, ktoré prvýkrát navrhol Markusson. Látky nerozpustné v sírouhlíku a iných rozpúšťadlách sú klasifikované ako karboidy. Látky, ktoré sú rozpustné len v sírouhlíku a vyzrážané tetrachlórmetánom, sa nazývajú karbény. Karboidy a karbény sa spravidla nachádzajú v zložení ťažkých produktov deštruktívnej rafinácie ropy v množstve niekoľkých percent a budú sa posudzovať samostatne nižšie. Prakticky chýbajú v zložení ropy a vo zvyškoch primárnej rafinácie ropy.
Vlastnosti izolovaných asfalténov závisia aj od rozpúšťadla. Dôsledkom rozdielov v povahe a vlastnostiach rozpúšťadiel je, že molekulová hmotnosť asfalténov z arabských olejov po rozpustení v benzéne je v priemere 2-krát vyššia ako v tetrahydrofuráne. (Tabuľka 2. 5).
Tabuľka 2.5
Parameter roztoku rozpúšťadla Dielektrický dipólový moment, Dpriepustnosť priepustnosť
tetrahydrofurán 9,1 7,58 1,75 Benzén 9,2 2,27 0
V procese vývoja myšlienok o štruktúre a povahe ropných CAB možno rozlíšiť dve hlavné etapy, ktoré súvisia so všeobecnou myšlienkou koloidne rozptýlenej štruktúry, ale líšia sa metodologickým prístupom k hodnoteniu štruktúry jedného prvku. koloidnej štruktúry. V prvom štádiu – štádiu chemických predstáv o štruktúre molekúl CAB – sa na identifikáciu štruktúry neznámej zlúčeniny použil štandardný chemický prístup. Po stanovení molekulovej hmotnosti, elementárneho zloženia a molekulových vzorcov živíc a asfalténov C n H 2 n - z N p S g O r . Potom sa vypočítala hodnota z. Pre živice to bolo 40-50, pre asfaltény - 130-140. Typický príklad výsledkov takýchto štúdií pre vzorky CAB rôznych domácich a zahraničných olejov je uvedený v tabuľke. 2.4. (pozri tabuľku 1.4). Ako vidno, asfaltény sa líšia od živíc z rovnakého zdroja zvýšeným obsahom uhlíka a kovov a zníženým podielom vodíka, väčšou veľkosťou polyaromatických jadier, kratšou priemernou dĺžkou veľkých alifatických substituentov a menším počtom acyklických fragmenty priamo fúzované s aromatickými jadrami.
Druhú etapu možno charakterizovať ako etapu rozvoja fyzikálnych predstáv o štruktúre asfalténov a analýzu príčin tendencie asfalténov združovať sa. V rámci kvalitatívne nových predstáv o tzv. štruktúra asfalténov.
V roku 1961 T. Yen navrhol takzvaný „plate to plate“ stohovací model štruktúry asfalténov. Model nebol založený na nutnosti jeho súladu s vypočítanými štruktúrnymi parametrami zloženia asfalténov, ale na zásadnej možnosti rovinnej paralelnej orientácie polyaromatických fragmentov rôznych molekúl. K ich asociácii v dôsledku medzimolekulových (π - π, donor-akceptor atď.) interakcií dochádza pri vytváraní vrstvených stohovacích štruktúr (výraz "stohovanie" sa v molekulárnej biológii používa na označenie stohovitého usporiadania molekúl vyššie ostatný).
Ryža. 2.5. Korelácia medzi veľkosťou častíc asfalténov (D) a ich molekulovou hmotnosťou (M)
V súlade s modelom Yen založeným na údajoch rôntgenovej difrakcie majú asfaltény kryštalickú štruktúru a sú to vrstvené štruktúry s priemerom 0,9-1,7 nm zo 4-5 vrstiev vzdialených od seba 0,36 nm. Veľkosť vrstvených štruktúr pozdĺž normály k rovine aromatických platní je 1,6–2,0 nm (obr. 2.6). Priamočiare segmenty vykazujú ploché polyaromatické fragmenty a zlomené segmenty ukazujú nasýtené fragmenty molekúl. Polyaromatické fragmenty sú reprezentované relatívne malými, najčastejšie nie viac ako tetracyklickými, jadrami. Z alifatických fragmentov sú najbežnejšie krátke alkylové skupiny C1-C5, predovšetkým metyl, ale existujú aj lineárne rozvetvené alkány obsahujúce 10 alebo viac atómov uhlíka. V molekulách CAB sú tiež polycyklické nasýtené štruktúry s 1-5 kondenzovanými kruhmi, hlavne bicyklány.
V rámci modelu Jeny možno závislosť molekulovej hmotnosti asfalténov od podmienok izolácie a povahy rozpúšťadla uvedeného vyššie ľahko vysvetliť asociáciou, ktorá naznačuje niekoľko úrovní štruktúrnej organizácie asfalténov: molekulárne dispergovaný stav (I), v ktorom sú asfaltény vo forme oddelených vrstiev; koloidný stav (II), ktorý je výsledkom tvorby stohovacích štruktúr s charakteristickými rozmermi; dispergovaný kineticky stabilný stav (III) vznikajúci agregáciou stohovacích štruktúr a dispergovaný kineticky nestabilný stav (IV) sprevádzaný precipitáciou.
Ryža. 2.6. Model asfalténovej štruktúry podľa Jen
Mnoho moderných výskumníkov sleduje modely obalovej štruktúry štruktúry asfalténov. Unger F.G. vyjadril originálny názor na proces výskytu a existencie CAB v rope. Oleje a olejové systémy obsahujúce CAB sú podľa jeho názoru termodynamicky labilné paramagneticky združené riešenia. Jadrá asociátov takýchto roztokov sú tvorené asfalténmi, v ktorých sú lokalizované stabilné voľné radikály, a solvátové vrstvy obklopujúce jadrá pozostávajú z molekúl diamagnetickej živice. Niektoré z molekúl diamagnetickej živice sú schopné prejsť do excitovaného tripletového stavu a podstúpiť hemolýzu. Živice sú preto potenciálnym zdrojom asfalténov, čo vysvetľuje L.G. jednoduchosť premeny živíc na asfaltény.
Novosť prezentovaných myšlienok je teda spojená s tvrdením o osobitnej úlohe výmenných interakcií pri vysvetľovaní podstaty CAB. Na rozdiel od modelu balenia sa rozvíja myšlienka centrálne symetrickej štruktúry častice CAB. Prvýkrát to postulovali D. Pfeiffer a R. Saal, ktorí navrhli statický model štruktúry štruktúrnej jednotky asfalténov. Podľa nej jadro štruktúrnej jednotky tvoria vysokomolekulárne polycyklické uhľovodíky a je obklopené zložkami s postupne klesajúcim stupňom aromaticity. Neumann G. zdôraznil, že je energeticky výhodné obrátiť polárne skupiny vo vnútri štruktúrnej jednotky a uhľovodíkové radikály smerom von, čo je v súlade s pravidlom vyrovnávania polarít podľa Rebindera.
porfyríny sú typickými príkladmi natívnych ropných komplexných zlúčenín. Porfyríny s vanádom ako ohniskom (vo forme vanadylu) alebo niklom (pozri 11). Olejové vanadylporfyríny sú hlavne homológy dvoch sérií: alkylom substituované porfyríny s rôznym celkovým počtom uhlíkových atómov v bočných substituentoch porfínového kruhu a porfyríny s dodatočným cyklopenténovým kruhom. Kovové porfyrínové komplexy sú prítomné v prírodnom bitúmene do 1 mg/100 g a vo vysokoviskóznych olejoch do 20 mg/100 g oleja. Pri štúdiu charakteru distribúcie komplexov kovových porfyrínov medzi jednotlivými časťami SDS v práci extrakciou a gélovou chromatografiou sa zistilo, že 40 % vanadylporfyrínov je koncentrovaných v dispergovaných časticiach (približne rovnomerne v zložení jadro a solvátová vrstva) a ich zvyšok a niklové porfyríny sú obsiahnuté v disperznom prostredí.
Vanadylporfyríny v zložení asfalténov významne prispievajú k povrchovej aktivite olejov, zatiaľ čo vnútorná povrchová aktivita asfalténov je nízka. Štúdia olejov z Baškirie teda ukázala, že povrchové napätie olejov na hranici s vodou silne koreluje s obsahom vanadylporfyrínov v nich, pričom korelačný koeficient s obsahom asfalténov v nich je relatívne nízky (obr. 2.7).
V menšej miere sa študoval vplyv porfyrínov kovov na disperznú štruktúru ropy a podmienky vzniku fázových prechodov v ropných systémoch. Existujú dôkazy o ich negatívnom vplyve spolu s ďalšími heteroatómovými zložkami na katalytické procesy rafinácie ropy. Okrem toho by mali silne ovplyvňovať kinetiku a mechanizmus fázových prechodov v SSS.
Ryža. 2.7. Izotermy medzipovrchového napätia a na hranici s vodou:
a - benzénové roztoky asfalténov: 1 - asfaltény s porfyrínmi; 2-5 - asfaltény ako porfyríny sú odstránené po jednej, piatich, siedmich, trinástich extrakciách; b - olej z Baškirie
