ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СОЕДИНЕНИЙ ВХОДЯЩИХ В НЕФТЬ Нафтеновые углеводороды

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СОЕДИНЕНИЙ, ВХОДЯЩИХ В НЕФТЬ Нафтеновые углеводороды (цикланы) Физические свойства Нафтеновые углеводороды входят в состав всех нефтей. Углеводороды ряда Сn. H 2 n (n – число углеродных атомов). Структурная формула молекулы циклана похожа на молекулу олефина, однако физико-химические свойства различаются.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) В основе нафтеновых углеводородов содержатся метиленовые замкнутые цепи, их следует считать насыщенными углеводородами, близкими к алканам с открытыми цепями. Нафтеновые углеводороды могут называться полиметиленовыми.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) По химической терминологии впереди слова «циклан» прибавляют число атомов углерода, находящихся в цепи. Например, пентациклан, гексациклан. Допускается в обиходе их называть наоборот циклопентан, циклогексан.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Среди всех циклических структур наиболее устойчивыми являются пяти- и шестичленные циклы. Они наиболее изучены и в настоящее время синтезировано более 150 гомологов.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Моноциклические нафтены с длинной боковой цепью термодинамически менее устойчивы, по сравнению с нафтенами с короткими боковыми цепями, число боковых цепей может быть 1, 2, 3 и более. Моноциклы с длинными боковыми цепями проявляют свойства парафинов. Боковые цепи в большинстве имеют изомерное строение.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Существующие в нефтях нафтены могут иметь один, два, три и более циклов. Наиболее распространенными являются бициклические нафтены. Среди них могут быть пятичленные бициклические, шестичленные бициклические, могут быть связанные между собой мостиками, а могут быть пяти-шестичленные бициклические углеводороды.

Нафтеновые углеводороды (цикланы)

Нафтеновые углеводороды (цикланы) В нефтях встречаются нафтеновые структуры, в которых 1 кольцо является нафтеновым, а 2 -ое кольцо ароматическим. Встречаются структуры в виде различных гомологов, имеющих боковые диметильные группы и с большим числом углеродных атомов.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Многочисленность гомологов циклопентана и циклогексана обуславливается разнообразием их изомерных форм. Существует четыре возможных направления изомерии этих нафтеновых углеводородов: 1. Изомерия кольца:

Нафтеновые углеводороды (цикланы) 2. Изомерия положения боковых радикалов:

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Изомерия положения боковых радикалов: Метильная группа в циклогексане может принимать орто-, мета-, пара- положение:

Нафтеновые углеводороды (цикланы) 3. Изомерия строения боковых цепей:

Нафтеновые углеводороды (цикланы) 4. Изомерия по конформации «цис-» и «транс-» изомеров:

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Помимо пяти- и шестичленных циклов известны нафтеновые углеводороды с числом углеродных атомов в кольце 7, 8, 9 и даже более. Как правило, это бициклы, которые могут иметь метильные заместители в виде боковых цепей.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Количественное содержание нафтенов зависит от типа нефти и от соотношения других классов углеводородов. Содержание нафтенов в нефтях колеблется от 25 до 75 %. В нефтях парафинового основания содержание нафтенов в три раза меньше, чем в нефтях нафтенового основания. Наиболее богаты цикланами бакинские нефти – 40 -60 % масс. , а в отдельных фракциях до 80 % масс. на нефть.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) В отличие от других классов углеводородов нафтены равномерно распределяются по нефтяным фракциям. Во всех нефтях с увеличением t. КИП. нефтяной фракции количество парафиновых углеводородов (П) падает, количество ароматических углеводородов (А) возрастает. Количественное содержание нафтенов: Н = 100 % (П + А) Концентрация нафтеновых углеводородов по фракциям остается примерно постоянной.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) С увеличением температуры выкипания фракций увеличивается молекулярная масса нафтеновых углеводородов, увеличивается число циклов в молекуле, а в высококипящих масляных фракциях и в остаточных фракциях присутствуют смешанные структуры, содержащие нафтеновые и ароматические кольца, а также алкильные заместители с различной длиной цепи.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) В цикланах присутствует угловое (байеровское) напряжение, энергия молекулы возрастает. Для того чтобы снять напряжение в цикле молекула старается принять пространственное положение. Единственным плоским алициклом является молекула циклопропана. Начиная с циклобутана нафтены стремятся принять неплоскую конформацию. Циклопропан и циклобутан в нефтях не обнаружены.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Циклопентан существует в двух конформациях – «конверта» и «полукресла» Атомы углерода циклопентана не занимают жестко закрепленного положения, т. е. кольцо как бы находится в постоянном волнообразном движении псевдовращении. Циклопентан менее устойчив, чем циклогексан.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Молекулы циклогексана предпочтительно существуют в форме «кресла» и «ванны» .

Нафтеновые углеводороды (цикланы) По физическим свойствам нафтеновые углеводороды близки к соответствующим парафиновым углеводородам. Их относительная плотность находится примерно между парафиновыми и ароматическими углеводородами. Характерна низкая температура плавления. Температура кипения циклоалканов выше, а температура застывания ниже алканов с тем же числом углеродных атомов в молекуле.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Нафтены являются важнейшей составной частью моторных топлив и смазочных масел, придают высокие эксплуатационные свойства автомобильным бензинам, реактивным и дизельным топливам. Находящиеся в прямогонных бензиновых фракциях нафтеновые углеводороды в процессе каталитического риформинга превращаются в ароматические. В составе смазочных масел нафтены обеспечивают малое изменение вязкости от температуры (т. е. высокий индекс масел).

Нафтеновые углеводороды (цикланы) Плотность нафтенов выше, а температура застывания ниже, чем у парафинов, они обладают наивысшей теплотворной способностью, большинство углеводородных реактивных и ракетных топлив является концентратами нафтеновых углеводородов. В нефтехимии нафтены служат источником сырья для получения бензола и толуола (реакцией Зелинского), получения капролактама (через стадию окисления циклогексана), получения лекарств и полимеров.

Химические свойства нафтеновых углеводородов Окисление. Жидкофазное окисление циклогексана кислородом воздуха в присутствии кобальтсодержащего катализатора. Реакция окисления циклогексана лежит в основе промышленного процесса получения капролактама, являющегося сырьем для получения синтетических волокон и капрона.

Химические свойства нафтеновых углеводородов

Химические свойства нафтеновых углеводородов Реакции гидрирования, дегидрирования. В присутствии катализаторов, имеющих окислительновосстановительные центры, нафтеновые углеводороды способны к реакции дегидрирования с образованием ароматических углеводородов (реакция Зелинского).

Химические свойства нафтеновых углеводородов При дегидрировании метилциклогексана образуется толуол, из этилциклогексана – этилбензол, из диметилциклогексана – ксилол. Ароматизация алкилциклогексанов облегчается с возрастанием молекулярной массы. Эти реакции положены в основу промышленного процесса каталитического риформинга, осуществляемого с целью увеличения октанового числа прямогонных бензиновых фракций.

Химические свойства нафтеновых углеводородов В атмосфере водорода циклоалканы превращаются в н-алканы:

Химические свойства нафтеновых углеводородов Реакции термического крекинга протекают по радикальноцепному механизму. Распад циклоалканов на радикалы осуществляется по –С–С– связи. Незамещенные циклоалканы распадаются по следующим направлениям:

Химические свойства нафтеновых углеводородов