نفتنیک اسیدها (NA) مخلوطی از چندین اسید سیکلوپنتیل و سیکلوهگزیل کربوکسیلیک با وزن مولکولی 120 تا 700 واحد جرم اتمی یا بیشتر هستند. کسر اصلی اسیدهای کربوکسیلیک با اسکلت کربن از 9 تا 20 اتم کربن هستند. دانشمندان ادعا می‌کنند که اسیدهای نفتنیک (NA) اسیدهای کربوکسیلیک سیکلوآلیفاتیک با 10-16 اتم کربن هستند، اگرچه اسیدهایی حاوی حداکثر 50 اتم کربن در روغن‌های سنگین یافت شده‌اند.
ریشه شناسی
ریشه این اصطلاح در اصطلاح باستانی "نفتن" (سیکلولالیفاتیک اما غیر معطر) است که برای طبقه بندی هیدروکربن ها استفاده می شود. این در ابتدا برای توصیف مخلوط پیچیده ای از اسیدهای مبتنی بر نفت استفاده شد، زمانی که روش های تحلیلی موجود در اوایل دهه 1900 تنها توانستند تعداد کمی را با دقت شناسایی کنند.اجزای نوع نفتنیک امروزه، نفتنیک اسید به طور کلی برای اشاره به تمام اسیدهای کربوکسیلیک موجود در نفت (چه ترکیبات حلقوی، غیر حلقوی یا معطر) و اسیدهای کربوکسیلیک حاوی هترواتم‌هایی مانند N و S استفاده می‌شود. اسیدهای آلیفاتیک شاخه دار و اسیدهای معطر. برخی از اسیدها حاوی > 50٪ اسیدهای آلیفاتیک و معطر هستند.
فرمول
اسیدهای نفتنیک با فرمول کلی CnH2n-z O2 نشان داده می شوند که n تعداد اتم های کربن و z سری همولوگ است. مقدار z برای اسیدهای غیر حلقوی اشباع 0 است و در اسیدهای تک حلقه ای به 2، در اسیدهای دو حلقه ای به 4، در اسیدهای سه حلقه ای به 6 و در اسیدهای تتراسایکلیک به 8 افزایش می یابد.
نمک اسیدها به نام نفتنات ها به طور گسترده به عنوان منابع یون فلزی آبگریز در کاربردهای مختلف استفاده می شود. نمک های آلومینیوم و سدیم اسید نفتنیک و اسید پالمیتیک در طول جنگ جهانی دوم برای ساختن ناپالم ترکیب شدند. و ناپالم با موفقیت سنتز شد. کلمه "ناپالم" از کلمات "نفتنیک اسید" و اسید پالمیتیک گرفته شده است.
اتصال روغن
ماهیت، منشأ، استخراج و استفاده تجاری از اسید نفتنیک برای مدتی مورد مطالعه قرار گرفته است. مشخص است که نفت خام از میادین رومانی، روسیه، ونزوئلا، دریای شمال، چین و غرب آفریقاحاوی مقدار زیادی ترکیبات اسیدی در مقایسه با بیشتر نفت خام ایالات متحده است. محتوای کربوکسیلیک اسید برخی از فرآورده‌های نفتی کالیفرنیا به‌ویژه بالاست (تا 4%)، که در آنها شایع‌ترین کلاس‌های اسیدهای کربوکسیلیک اسیدهای سیکلوآلیفاتیک و آروماتیک گزارش شده است.
ترکیب
ترکیب بسته به ترکیب نفت خام و شرایط در طول فرآوری و اکسیداسیون متفاوت است. فراکسیون هایی که غنی از اسیدهای نفتنیک هستند می توانند باعث آسیب خوردگی به تجهیزات پالایشگاه شوند، بنابراین پدیده خوردگی اسیدی (NAC) به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است. نفت خام اسید بالا اغلب به عنوان نفت خام با تعداد اسید کل بالا (TAN) یا نفت خام با اسیدیته بالا (HAC) شناخته می شود. اسیدهای نفتنیک یک آلاینده اصلی در آب حاصل از استخراج نفت از ماسه های نفتی آتاباسکا (AOS) هستند. اسیدها سمیت حاد و مزمن برای ماهی و سایر موجودات زنده دارند.
محیط زیست
راجرز در مقاله پر استناد خود که در علوم سم شناسی منتشر شد، اظهار داشت که مخلوط اسید نفتنیک مهم ترین آلاینده زیست محیطی ناشی از تولید ماسه های نفتی است. آنها دریافتند که در بدترین شرایط، سمیت حاد برای پستانداران وحشی در معرض اسیدهای موجود در آب بعید است، اما قرار گرفتن در معرض مکرر ممکن است اثرات نامطلوبی بر سلامتی داشته باشد.
در مقاله خود در سال 2002راجرز و همکارانش که بیش از 100 بار ذکر شده است، یک روش آزمایشگاهی مبتنی بر حلال را گزارش کردند که برای استخراج موثر اسیدها از حجم زیادی از آب حوضچه باطله شن های نفتی آتاباسکا (TPW) طراحی شده است. اسیدهای نفتنیک در AOS Tailings Water (TPW) با غلظت تخمینی 81 میلی‌گرم در لیتر وجود دارند که سطح بسیار پایینی برای TPW است که نمی‌توان آن را منبعی مناسب برای بازیابی تجاری در نظر گرفت.
حذف
نفتنیک اسید از مواد نفتی نه تنها برای به حداقل رساندن خوردگی، بلکه برای بازیابی محصولات مفید تجاری نیز حذف می شود. بیشترین کاربرد فعلی و تاریخی این اسید در تولید نفتنات های فلزی است. اسیدها از تقطیرهای نفتی با استخراج قلیایی استخراج می شوند، در فرآیند خنثی سازی اسیدی بازسازی می شوند و سپس برای حذف ناخالصی ها تقطیر می شوند. اسیدهایی که به صورت تجاری فروخته می شوند بر اساس تعداد اسید، سطح ناخالصی و رنگ طبقه بندی می شوند. برای تولید نفتنات های فلزی و سایر مشتقات مانند استرها و آمیدها استفاده می شود.
نفتنات
نفتنات‌ها نمک‌های اسیدی مشابه استات‌های مربوطه هستند که بهتر تعریف شده‌اند اما کمتر مفید هستند. نفتنات ها، مانند اسیدهای نفتنیک موجود در نفت، در محیط های آلی مانند رنگ ها بسیار محلول هستند. آنها در صنعت استفاده می شوند، از جمله تولید چنین چیزهای مفید: شوینده های مصنوعی، روان کننده ها، بازدارنده های خوردگی، سوخت و مواد افزودنی روغن روان کننده، مواد نگهدارنده.برای چوب، حشره کش ها، قارچ کش ها، کنه کش ها، عوامل مرطوب کننده، غلیظ کننده های ناپالم و خشک کننده های روغن مورد استفاده در رنگ آمیزی و تصفیه سطح چوب.
ماسه های روغنی
یک مطالعه بیان می کند که اسیدهای نفتنیک فعال ترین آلاینده محیطی در بین همه موادی هستند که از استخراج نفت از ماسه های نفتی به دست می آیند. با این حال، در شرایط نشت و آلودگی، بعید است که سمیت حاد در پستانداران وحشی در معرض اسیدهای موجود در آب استخر باطله رخ دهد، اما مواجهه مکرر ممکن است اثرات نامطلوبی بر سلامت حیوانات داشته باشد. اسیدها در ماسه های نفتی و آب باطله با غلظت تخمینی 81 میلی گرم در لیتر وجود دارند.
با استفاده از پروتکل های سازمان همکاری اقتصادی و توسعه (OECD) برای آزمایش سمیت، محققان آمریکایی استدلال کردند که بر اساس مطالعات خود، NAهای خالص شده، زمانی که به صورت خوراکی مصرف می شوند، برای پستانداران به طور حاد ژنوتوکسیک نیستند. با این حال، آسیب ناشی از NDT ناشی از قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت در طول مواجهه حاد یا متناوب ممکن است با مواجهه مکرر تجمع پیدا کند.
سیکلوپنتان
سیکلوپنتان یک هیدروکربن آلی حلقوی قابل اشتعال با فرمول شیمیایی C5H10 و شماره CAS 287-92-3 است که از حلقه ای متشکل از پنج اتم کربن تشکیل شده است که هر کدام به دو اتم هیدروژن در بالا و پایین صفحه پیوند دارند. اغلب در قالب ارائه می شودمایع بی رنگ با بویی شبیه بنزین. نقطه ذوب آن -94 درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 49 درجه سانتیگراد است. سیکلوپنتان از دسته سیکلوآلکان ها است و آلکان هایی با یک یا چند حلقه اتم کربن هستند. از شکستن سیکلوهگزان در حضور آلومینا در دما و فشار بالا تشکیل می شود.
تولید اسیدهای نفتنیک، از جمله سیکلوپنتان، در سالهای اخیر ویژگی جرمی سابق خود را از دست داده است.
برای اولین بار در سال 1893 توسط شیمیدان آلمانی یوهانس ویسلیکوس تهیه شد. اخیراً از آن به عنوان اسیدهای نفتنیک یاد می شود.
نقش در تولید
سیکلوپنتان در تولید رزین های مصنوعی و چسب های لاستیکی و به عنوان یک عامل دمنده در تولید فوم عایق پلی یورتان که در بسیاری از لوازم خانگی مانند یخچال و فریزر یافت می شود، استفاده می شود و جایگزین جایگزین های مضر برای محیط زیست مانند CFCs -11 و HCFC- 141b.
روان کننده های آلکیلاسیون سیکلوپنتان چندگانه (MAC) فراریت کمی دارند و در برخی کاربردهای تخصصی استفاده می شوند.
ایالات متحده سالانه بیش از نیم میلیون کیلوگرم از این ماده شیمیایی تولید می کند. در روسیه، اسیدهای نفتنیک (از جمله سیکلوپنتان) به عنوان یک محصول طبیعی فرآوری روغن تولید می شود.
سیکلوآلکان ها را می توان با استفاده از فرآیندی به نام رفرمینگ کاتالیزوری ساخت. به عنوان مثال، 2-متیل بوتان را می توان با استفاده از یک کاتالیزور پلاتین به سیکلوپنتان تبدیل کرد. این به ویژه در استفاده می شوداتومبیل‌ها، زیرا آلکان‌های شاخه‌دار خیلی سریع‌تر می‌سوزند.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی
با کمال تعجب، سیکلوهگزان های آنها 10 درجه سانتیگراد بالاتر از هگزا هیدروبنزن یا هگزانافتن شروع به جوشیدن می کنند، اما این معما در سال 1895 توسط Markovnikov، N. M. کیشنر و نیکولای زلینسکی وقتی هگزا هیدروبنزن و هگزانافتن را به عنوان متیل سیکلوپنتان تغییر کاربری دادند - نتیجه یک واکنش غیرمنتظره بود.
اگرچه نسبتاً غیر واکنشی است، سیکلوهگزان تحت اکسیداسیون کاتالیزوری قرار می گیرد و سیکلوهگزانون و سیکلوهگزانول را تشکیل می دهد. مخلوطی از سیکلوهگزانون-سیکلوهگزانول، به نام روغن KA، ماده اولیه اسید آدیپیک و کاپرولاکتام، پیش سازهای نایلون است.
برنامه
به عنوان حلال در برخی از مارک های مایع اصلاح کننده استفاده می شود. سیکلوهگزان گاهی اوقات به عنوان یک حلال آلی غیر قطبی استفاده می شود، اگرچه n-هگزان بیشتر برای این منظور استفاده می شود. همچنین اغلب به عنوان یک حلال تبلور مجدد استفاده می شود، زیرا بسیاری از ترکیبات آلی حلالیت خوبی در سیکلوهگزان داغ و حلالیت ضعیف در دماهای پایین نشان می دهند.
سیکلوهگزان همچنین برای کالیبره کردن دستگاه های کالریمتری اسکن تفاضلی (DSC) به دلیل انتقال راحت کریستال به کریستال در -87.1 درجه سانتی گراد استفاده می شود.
بخارهای سیکلوهگزان در کوره های کربورسازی خلاء در ساخت تجهیزات عملیات حرارتی استفاده می شود.
تغییر شکل
حلقه ای با 6 رأس با شکل یک شش ضلعی کامل مطابقت ندارد. ساختار شش ضلعی مسطح دارای کرنش زاویه ای قابل توجهی است زیرا پیوندهای آن 109.5 درجه نیستند. تغییر شکل پیچشی نیز قابل توجه خواهد بود زیرا همه پیوندها تحت الشعاع قرار خواهند گرفت.
بنابراین، برای کاهش تغییر شکل پیچشی، سیکلوهگزان یک ساختار سه بعدی به نام "صندلی کنفورماسیونی" اتخاذ می کند. همچنین دو کانفورمر میانی دیگر وجود دارد - "نیم صندلی" که ناپایدارترین کانفورمر است و "قایق پیچشی" که پایدارتر است. این نام‌های عجیب و غریب اولین بار در سال 1890 توسط هرمان ساکس پیشنهاد شد، اما بعداً به طور گسترده پذیرفته شد.
نیمی از اتم های هیدروژن در صفحه حلقه (به صورت استوایی) و نیمی دیگر عمود بر صفحه (محوری) هستند. این ترکیب پایدارترین ساختار سیکلوهگزان را فراهم می کند. ترکیب دیگری از سیکلوهگزان وجود دارد که به نام "شکل قایق" شناخته می شود، اما به یک سازند "مدفوع" کمی پایدارتر تبدیل می شود.
سیکلوهگزان کمترین زاویه و کرنش پیچشی را در بین تمام سیکلوآلکانها دارد، در نتیجه سیکلوهگزان در کرنش کل حلقه صفر در نظر گرفته می شود. همین امر در مورد نمک های سدیم اسیدهای نفتنیک نیز صادق است.
فاز
سیکلوهگزان دو فاز کریستالی دارد. درجه حرارت بالا فاز I، پایدار بین +186 درجه سانتیگراد و دمانقطه ذوب +280 درجه سانتی گراد، یک کریستال پلاستیکی است، به این معنی که مولکول ها درجاتی از آزادی حرکت را حفظ می کنند. فاز II با دمای پایین (زیر 186 درجه سانتیگراد) نظم بیشتری دارد. دو فاز دیگر با دمای پایین (دیگر پایداری) III و IV با اعمال فشارهای متوسط بالای 30 مگاپاسکال به دست آمدند، و فاز IV منحصراً در سیکلوهگزان دوتره شده ظاهر می شود (توجه داشته باشید که اعمال فشار تمام دماهای انتقال را افزایش می دهد).
