Gli acidi naftenici (NA) sono una miscela di diversi acidi ciclopentile e cicloesilcarbossilico con un peso molecolare compreso tra 120 e 700 o più unità di massa atomica. La frazione principale sono gli acidi carbossilici con uno scheletro di carbonio da 9 a 20 atomi di carbonio. Gli scienziati affermano che gli acidi naftenici (NA) sono acidi carbossilici cicloalifatici con 10-16 atomi di carbonio, sebbene negli oli pesanti siano stati trovati acidi contenenti fino a 50 atomi di carbonio.
Etimologia
Il termine ha le sue radici nel termine alquanto arcaico "naftene" (cicloalifatico ma non aromatico), che viene utilizzato per classificare gli idrocarburi. Originariamente era usato per descrivere una complessa miscela di acidi a base di petrolio quando i metodi analitici disponibili all'inizio del 1900 potevano identificarne solo alcuni con precisione.componenti di tipo naftenico. Oggi, l'acido naftenico è usato più in generale per riferirsi a tutti gli acidi carbossilici presenti nel petrolio (siano essi composti ciclici, aciclici o aromatici) e acidi carbossilici contenenti eteroatomi come N e S. Numerosi studi hanno dimostrato che la maggior parte degli acidi cicloalifatici contiene anche acidi alifatici a catena ramificata e acidi aromatici. Alcuni acidi contengono > 50% di acidi alifatici e aromatici combinati.
Formula
Gli acidi naftenici sono rappresentati dalla formula generale CnH2n-z O2, dove n è il numero di atomi di carbonio e z è la serie omologa. Il valore z è 0 per gli acidi aciclici saturi e aumenta a 2 negli acidi monociclici, a 4 negli acidi biciclici, a 6 negli acidi triciclici ea 8 negli acidi tetraciclici.
I sali di acidi chiamati naftenati sono ampiamente utilizzati come sorgenti di ioni metallici idrofobici in una varietà di applicazioni. I sali di alluminio e sodio dell'acido naftenico e dell'acido palmitico furono combinati durante la seconda guerra mondiale per produrre il napalm. E il napalm è stato sintetizzato con successo. La parola "napalm" deriva dalle parole "acido naftenico" e acido palmitico".
Collegamento olio
La natura, l'origine, l'estrazione e l'uso commerciale dell'acido naftenico sono stati studiati per un po' di tempo. È noto che il petrolio greggio proviene da giacimenti in Romania, Russia, Venezuela, Mare del Nord, Cina e Africa occidentalecontiene una grande quantità di composti acidi rispetto alla maggior parte del petrolio greggio statunitense. Il contenuto di acido carbossilico di alcuni prodotti petroliferi californiani è particolarmente elevato (fino al 4%), dove si dice che le classi più comuni di acidi carbossilici siano gli acidi cicloalifatici e aromatici.
Composizione
La composizione varia a seconda della composizione del greggio e delle condizioni durante la lavorazione e l'ossidazione. Le frazioni ricche di acidi naftenici possono causare danni da corrosione alle apparecchiature di raffineria, quindi il fenomeno della corrosione acida (NAC) è stato ben studiato. Il petrolio greggio ad alto contenuto di acidità è spesso indicato come petrolio greggio ad alto numero di acidità totale (TAN) o petrolio greggio ad alta acidità (HAC). Gli acidi naftenici sono un importante contaminante nell'acqua derivante dall'estrazione di petrolio dalle sabbie bituminose di Athabasca (AOS). Gli acidi hanno tossicità sia acuta che cronica per i pesci e altri organismi.
Ambientale
Nel suo articolo spesso citato pubblicato su Toxicological Sciences, Rogers ha affermato che le miscele di acido naftenico sono gli inquinanti ambientali più significativi dalla produzione di sabbie bituminose. Hanno scoperto che nelle condizioni peggiori, la tossicità acuta è improbabile per i mammiferi selvatici esposti agli acidi nell'acqua, ma l'esposizione ripetuta può avere effetti negativi sulla salute.
Nel suo articolo del 2002citato più di 100 volte, Rogers et al hanno riportato una procedura di laboratorio a base di solventi progettata per estrarre in modo efficiente acidi da grandi volumi di acqua di Athabasca Oil Sands Tailings Pond (TPW). Gli acidi naftenici sono presenti nell'AOS Tailings Water (TPW) a una concentrazione stimata di 81 mg/L, un livello troppo basso perché il TPW possa essere considerato una valida fonte per il recupero commerciale.
Elimina
L'acido naftenico viene rimosso dalle sostanze petrolifere non solo per ridurre al minimo la corrosione, ma anche per recuperare prodotti commercialmente utili. Il più grande uso attuale e storico di questo acido è nella produzione di naftenati metallici. Gli acidi vengono estratti dai distillati di petrolio mediante estrazione alcalina, rigenerati in un processo di neutralizzazione degli acidi e quindi distillati per rimuovere le impurità. Gli acidi venduti in commercio sono classificati in base al numero di acidità, al livello di impurità e al colore. Usato per produrre naftenati metallici e altri derivati come esteri e ammidi.
Naftenati
I naftenati sono sali acidi analoghi ai corrispondenti acetati, meglio definiti ma meno utili. I naftenati, come gli acidi naftenici nel petrolio, sono altamente solubili in mezzi organici come le vernici. Sono utilizzati nell'industria, compresa la produzione di tali cose utili: detergenti sintetici, lubrificanti, inibitori di corrosione, additivi per carburanti e oli lubrificanti, conservantiper legno, insetticidi, fungicidi, acaricidi, agenti umettanti, addensanti al napalm e disidratanti per oli utilizzati nella verniciatura e nel trattamento delle superfici del legno.
Sabbie bituminose
Uno studio afferma che gli acidi naftenici sono l'inquinante ambientale più attivo di tutte le sostanze derivate dall'estrazione di petrolio dalle sabbie bituminose. Tuttavia, in condizioni di fuoriuscita e contaminazione, è improbabile che si verifichi una tossicità acuta nei mammiferi selvatici esposti agli acidi nell'acqua dello stagno di sterili, ma l'esposizione ripetuta può avere effetti negativi sulla salute degli animali. Gli acidi sono presenti nelle sabbie bituminose e nell'acqua degli sterili a una concentrazione stimata di 81 mg/L.
Utilizzando i protocolli dell'Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico (OCSE) per i test di tossicità, i ricercatori statunitensi hanno affermato che, sulla base dei loro studi, gli NA purificati, se assunti per via orale, non erano genotossici acutamente per i mammiferi. Tuttavia, i danni causati da NDT da esposizione a breve termine durante l'esposizione acuta o intermittente possono accumularsi con l'esposizione ripetuta.
Ciclopentano
Il ciclopentano è un idrocarburo aliciclico infiammabile con formula chimica C5H10 e numero CAS 287-92-3, costituito da un anello di cinque atomi di carbonio, ciascuno legato a due atomi di idrogeno sopra e sotto il piano. È spesso presentato nella formaliquido incolore con un odore simile alla benzina. Il suo punto di fusione è -94°C e il suo punto di ebollizione è 49°C. Il ciclopentano appartiene alla classe dei cicloalcani e sono alcani con uno o più anelli di atomi di carbonio. È formato dal cracking del cicloesano in presenza di allumina ad alta temperatura e pressione.
La produzione di acidi naftenici, incluso il ciclopentano, ha perso il suo precedente carattere di massa negli ultimi anni.
Fu preparato per la prima volta nel 1893 dal chimico tedesco Johannes Wieslikus. Di recente, è spesso indicato come acidi naftenici.
Ruolo nella produzione
Il ciclopentano viene utilizzato nella produzione di resine sintetiche e adesivi in gomma e come agente espandente nella produzione di schiuma isolante in poliuretano, che si trova in molti elettrodomestici come frigoriferi e congelatori, in sostituzione di alternative dannose per l'ambiente come CFC -11 e HCFC- 141b.
I lubrificanti multipli con alchilazione del ciclopentano (MAC) hanno una bassa volatilità e sono utilizzati in alcune applicazioni specializzate.
Gli Stati Uniti producono più di mezzo milione di chilogrammi di questa sostanza chimica all'anno. In Russia, gli acidi naftenici (compreso il ciclopentano) vengono prodotti come prodotto naturale della lavorazione del petrolio.
I cicloalcani possono essere prodotti utilizzando un processo noto come reforming catalitico. Ad esempio, il 2-metilbutano può essere convertito in ciclopentano usando un catalizzatore al platino. Questo è particolarmente usato inauto, poiché gli alcani ramificati bruceranno molto più velocemente.
Caratteristiche fisiche e chimiche
Sorprendentemente, i loro cicloesani iniziano a bollire 10 °C in più rispetto all'esaidrobenzene o all'esanaftene, ma questo enigma è stato risolto nel 1895 da Markovnikov, N. M. Kishner e Nikolai Zelinsky quando hanno riproposto l'esaidrobenzene e l'esanaftene come metilciclopentano, il risultato di un contraccolpo inaspettato.
Sebbene piuttosto non reattivo, il cicloesano subisce un'ossidazione catalitica per formare cicloesanone e cicloesanolo. Una miscela di cicloesanone-cicloesanolo, chiamata "olio di KA", è la materia prima per l'acido adipico e il caprolattame, precursori del nylon.
Applicazione
È usato come solvente in alcune marche di liquido correttivo. Il cicloesano è talvolta usato come solvente organico non polare, sebbene l'n-esano sia più comunemente usato per questo scopo. Viene spesso utilizzato anche come solvente di ricristallizzazione, poiché molti composti organici mostrano una buona solubilità nel cicloesano caldo e una scarsa solubilità alle basse temperature.
Il cicloesano viene utilizzato anche per calibrare gli strumenti della calorimetria a scansione differenziale (DSC) grazie alla comoda transizione cristallo-cristallo a -87,1 °C.
I vapori di cicloesano vengono utilizzati nei forni di carburazione sotto vuoto nella produzione di apparecchiature per il trattamento termico.
Deformazione
Un anello con 6 vertici non corrisponde alla forma di un esagono perfetto. La conformazione planare dell'esagono ha una deformazione angolare significativa perché i suoi legami non sono di 109,5 gradi. Anche la deformazione torsionale sarà significativa poiché tutti i legami verranno eclissati.
Pertanto, al fine di ridurre la deformazione torsionale, il cicloesano adotta una struttura tridimensionale nota come "sedia conformazionale". Ci sono anche altri due conformatori intermedi: "half chair", che è il conformatore più instabile, e "twist boat", che è più stabile. Questi nomi eccentrici furono proposti per la prima volta già nel 1890 da Hermann Sachs, ma furono ampiamente accettati molto più tardi.
Metà degli atomi di idrogeno si trovano sul piano dell'anello (equatorialmente) e l' altra metà è perpendicolare al piano (assialmente). Questa conformazione fornisce la struttura del cicloesano più stabile. Esiste un' altra conformazione del cicloesano nota come "conformazione a barca", ma si convertirà in una formazione di "feci" leggermente più stabile.
Il cicloesano ha l'angolo e la deformazione torsionale più bassi di tutti i cicloalcani, con il risultato che il cicloesano è considerato 0 nella deformazione totale dell'anello. Lo stesso vale per i sali di sodio degli acidi naftenici.
Fasi
Il cicloesano ha due fasi cristalline. Fase I ad alta temperatura, stabile tra +186 °C e temperaturapunto di fusione +280 °C, è un cristallo di plastica, il che significa che le molecole mantengono un certo grado di libertà di movimento. La fase II a bassa temperatura (inferiore a 186°C) è più ordinata. Le altre due fasi III e IV a bassa temperatura (metastabili) sono state ottenute applicando pressioni moderate superiori a 30 MPa e la fase IV appare esclusivamente nel cicloesano deuterato (si noti che l'applicazione della pressione aumenta tutte le temperature di transizione).
