Кислород-съдържащи и азот-съдържащи органични съединения. Класификация и номенклатура на органичните вещества (тривиални и международни). Киселини и техните свойства

Хетероорганични съединения (съдържащи сяра, кислород и азот) с различна структура и молекулно тегло присъстват в различни пропорции в дестилатните и остатъчните маслени фракции. Особено трудно е да се изследва природата и състава на високомолекулните хетероорганични съединения, основната част от които са катран-асфалтенови вещества. Благодарение на самотни двойки електрони, хетероатомите на сярата, кислорода и азота могат да действат като координационен център при образуването на асоциати в нефтените системи.

Серни съединенияпринадлежат към най-представителната група хетероатомни компоненти на газови кондензатни и нефтени системи. Общото съдържание на сяра в нефтените и газовите системи варира в широки граници: от стотни от процента до 6-8% (тегл.) и повече. Високото съдържание на обща сяра е характерно за газовите кондензати от находищата Астрахан, Карачаганак (0,9%) и други. Съдържанието на сяросъдържащи съединения в някои масла достига 40% (тегл.) и повече, в някои случаи маслото се състои почти изцяло от тях. За разлика от други хетероатоми, които са предимно концентрирани в CAB, значителна част от сярата се съдържа в дестилатните фракции. По правило съдържанието на сяра в директните фракции се увеличава с увеличаването на тяхната точка на кипене и общото съдържание на сяра в първоначалното масло.

Незначителни количества неорганични серни съединения (елементна сяра и сероводород) присъстват в нефтените и газовите системи и могат да се образуват като вторични продукти на разлагане на други серни съединения по време на високи температурив процесите на дестилация, разрушителна обработка. Сред съдържащите сяра съединения, открити в маслото, са идентифицирани следните (според Института по петролна химия, TF SB RAS).

1. Алифатни, алициклични и ароматни тиоли (меркаптани) 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

ареноалканотиоли, тионафтоли

2. Тиоетери (сулфиди) от следните основни видове:

R-S-R" C6H5-S-C6H5

тиаалкани, тиаалкени, тиаалкини диарилсулфиди

тиациклоалкани алкиларилсулфиди арилтиаалкани

(R, R" - наситени и ненаситени алифатни въглеводородни заместители).

3. Диалкидни дисулфиди R-S-S-R", където R, R" са алкилови, циклоалкилови или арилови заместители.

4. Тиофени и техните производни, най-важните от които са следните аренотиофени:

алкилбензотиофени алкилбензотиофени алкилдибензотиофени

Разпределението на различни групи сяросъдържащи съединения в маслата и в маслените фракции е подчинено на следните закономерности.

Тиолите се съдържат в почти всички сурови масла, обикновено в малки концентрации и съставляват 2-10% (тегл.) от общото съдържание на сяросъдържащи съединения. В газовите кондензати се срещат предимно алифатни меркаптани C 1 -C z. Някои масла и газови кондензати и техните фракции са естествени концентрати на меркаптани, примери за които са бензиновите фракции от супергигантското каспийско находище; фракция 40-200°C газов кондензат от Оренбургското находище, съдържаща 1,24% (тегл.) обща сяра, включително 0,97% меркаптан; лек керосин фракция 120-280°C нефт от находище Тенгиз, съдържащ 45-70% меркаптанова сяра от общото съдържание на сяросъдържащи съединения. В същото време запасите от естествени тиоли във въглеводородните суровини на Каспийския регион съответстват на нивото на тяхното глобално синтетично производство. Естествените тиоли са обещаващи суровини за синтеза на пестициди (на базата на симетрични триазини) и одоризация на втечнени газове. Прогнозното търсене в Русия на тиоли за одоризация в момента е 6000 тона/годишно.

Тиоетерите съставляват до 27% от общите сяросъдържащи съединения в суровите масла и до 50% в средните фракции; в тежките вакуумни газьоли съдържанието на сулфиди е по-ниско. Методите за разделяне на петролните сулфиди се основават на способността им да образуват комплексни съединения от тип донор-акцептор чрез прехвърляне на самотна двойка електрони от серен атом към свободна акцепторна орбитала. Металните халогениди, халоалкили и халогени могат да действат като акцептори на електрони. Реакциите на комплексообразуване с петролни сулфиди, за съжаление, не са селективни; други хетероатомни компоненти на маслото също могат да участват в образуването на комплекси.

Диалкилдисулфидите не се срещат в суровите масла, те обикновено се образуват при окисляването на меркаптаните при меки условия и следователно присъстват в бензините (до 15%). Основният дял на сяросъдържащите съединения в маслата се пада на така наречената "остатъчна" сяра, която не се определя по стандартни методи. В състава му преобладават тиофените и техните производни, следователно по-рано "остатъчната" сяра беше наречена "тиофен", но с помощта на отрицателна йонна масспектрометрия в нея бяха открити неоткриваеми по-рано сулфоксиди, сулфони и дисулфан. В бензиновите фракции съдържанието на тиофенови производни е ниско, при средно и особено високо кипящи фракции достига 50-80% от общите сяросъдържащи съединения. Относителното съдържание на тиофеновите производни, като правило, съвпада със степента на ароматност на маслената система. Трудностите, възникващи при изолирането на сяросъдържащи съединения (особено от висококипящи фракции) се дължат на близостта на химичните свойства на арените и тиофените. Сходството на химичното им поведение се дължи на ароматността на тиофените, която възниква в резултат на включването на серен хетероатом в π-електронната система до ароматен секстет. Последица от това е повишена склонност на петролните тиофени към интензивни междумолекулни взаимодействия.

Кислородни съединениясъдържащи се в маслените системи от 0,1-1,0 до 3,6% (тегл.). С повишаване на точката на кипене на дестилатните фракции съдържанието им се увеличава и основната част от кислорода се концентрира в катран-асфалтенови вещества. Съставът на маслата и дестилатите съдържа до 20% или повече кислородсъдържащи съединения.

Сред тях традиционно се разграничават вещества с киселинна и неутрална природа. Киселинните компоненти включват карбоксилни киселини и феноли. Неутралните кислород-съдържащи съединения са представени от кетони, анхидриди и киселинни амиди, естери, фуранови производни, алкохоли и лактони.

Наличието на киселини в маслата е открито много отдавна поради високата химическа активност в сравнение с въглеводородите. Историята на тяхното откриване в петрола е следната. При получаване на керосин Високо качествоза осветителни цели е третиран с алкали (киселинно-основно почистване) и се наблюдава образуването на вещества с висока емулгираща способност. Впоследствие се оказа, че емулгаторите са натриеви соли на киселини, съдържащи се в дестилатните фракции. Екстракцията с водни и алкохолни разтвори на алкали все още е класически метод за извличане на киселинни компоненти от масла. Понастоящем методите за изолиране на киселини и феноли също се основават на взаимодействието на техните функционални групи (карбоксилни и хидроксилни) с някакъв реагент.

Карбоксилните киселини са най-изучаваният клас кислород-съдържащи маслени съединения. Съдържанието на нефтени киселини по фракции варира в зависимост от екстремна зависимост, чийто максимум по правило пада върху леки и средни маслени фракции. Различни видове петролни киселини са идентифицирани чрез хромато-мас-спектрометрия. Повечето от тях са едноосновни (RCOOH), където почти всеки фрагмент от въглеводороди и хетероорганични съединения на маслото може да се използва като R. Отдавна е отбелязано, че груповите състави на киселини и масла съответстват един на друг: алифатните киселини преобладават в метановите масла, нафтеновите и нафтеноароматните киселини преобладават в нафтеновите масла. Открити са алифатни киселини от C 1 до C 25 с линейна структура и някои с разклонена структура. В същото време съотношението на n-алкановата и разклонената киселина в петролните киселини съвпада със съотношението на съответните въглеводороди в маслата.

Алифатните киселини са представени предимно от n-алканови киселини. От разклонените киселини, тези, съдържащи метилов заместител в главната верига, са по-чести. Всички по-ниски изомери от този тип се намират в масла, до C 7 . Друга важна група алифатни киселини са изопреноидните киселини, сред които доминират престановата (С 19) и фитановата (С 20) киселини.

Алицикличните (нафтенови) киселини на маслото са моноциклокарбоксилни киселини - производни на циклопентан и циклохексан; полицикличен може да съдържа до 5 пръстена (данни за калифорнийско масло). COOH групите в молекулите на моноцикличните киселини са директно свързани с цикъла или са разположени в края на алифатните заместители. В цикъла може да има до три (най-често метилови) заместители, като най-често срещаните позиции са 1, 2; 13; 1, 2, 4; 1, 1, 3 и 1, 1, 2, 3.

Молекулите на три-, тетра- и пентациклични киселини, изолирани от масла, са изградени главно от циклохексанови пръстени, кондензирани един с друг.

Установено е наличието на хексациклични нафтенови киселини с циклохексанови пръстени в маслата. Ароматните киселини в маслата са представени от бензоена киселина и нейните производни. Много хомоложни серии от полициклични нафтеноароматни киселини също са открити в маслата, а моноароматни стероидни киселини са идентифицирани в маслото от Самотлор.

От кислородсъдържащи съединения, петрол киселините се характеризират с най-висока повърхностна активност. Установено е, че повърхностната активност както на нискосмолистите, така и на високосмолистите масла намалява значително след отстраняването на киселинните компоненти (киселини и феноли) от тях. Силните киселини участват в образуването на асоциати на маслата, което е показано при изследването на техните реологични свойства.

Фенолите са изследвани много по-зле от киселините. Съдържанието им в масла от западносибирски находища варира от 40 до 900 mg/l. В западносибирските масла концентрациите на феноли се повишават от порядъка на 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.

Всички най-прости алкилкетони C3-C6, ацетофенон и неговите нафтено- и аренопроизводни, флуоренон и неговите най-близки хомолози са открити в неутрални кислород-съдържащи съединения на калифорнийските масла. Добивът на кетонов концентрат от масло Самотлор, състоящ се предимно от диалкилкетони, е 0,36%, докато степента на извличане на кетони е само 20%, което показва наличието на кетони с голямо молекулно тегло, които не могат да бъдат възстановени по този метод. При изследването на кетоните в маслата от Западен Сибир е установено, че те съдържат кетони C 19 -C3 2, като в метановите масла преобладават алифатните кетони, а в нафтеновите масла преобладават цикланови и ароматни заместители.

Може да се предположи, че маслата съдържат алкохоли в свободно състояние, а в свързано състояние те са част от естери. От хетероорганичните съединения на маслото, склонността на съдържащите кислород съединения към интензивни междумолекулни взаимодействия е най-изучавана.

Изследването на азотсъдържащите съединения е възможно по два начина – директно в суров нефт и след тяхното изолиране и отделяне. Първият начин дава възможност за изследване на азотсъдържащи съединения в състояние, близко до естественото, но не се изключва появата на забележими грешки поради ниската концентрация на тези съединения. Вторият начин позволява да се намалят подобни грешки, но в процеса на химическо въздействие върху маслото по време на отделяне и изолиране е възможна промяна в тяхната структура. Установено е, че азотсъдържащите съединения в маслото са представени главно от циклични съединения. Алифатните азотсъдържащи съединения се намират само в продуктите от разрушителното рафиниране на нефт, при което се образуват в резултат на разрушаването на азотните хетероцикли.

Всички азотсъдържащи маслени съединения по правило са функционални производни на арените и следователно имат подобно разпределение на молекулното тегло на тях. Въпреки това, за разлика от арените, азотсъдържащите съединения са концентрирани във висококипящи маслени фракции и са компонент на CAB. До 95% от азотните атоми, присъстващи в маслото, са концентрирани в смоли и асфалтени. Предполага се, че по време на изолирането на смоли и асфалтени дори азотсъдържащи съединения с относително ниско молекулно тегло се утаяват заедно с тях под формата на донорно-акцепторни комплекси.

В съответствие с общоприетата класификация според киселинно-алкалната характеристика азотсъдържащите съединения са разделенив азотни основи и неутрални съединения.

Азот-съдържащи основиса, очевидно, единствените носители на основните свойства сред компонентите на маслените системи. Съотношението на азотсъдържащи основи в масло, титрувано с перхлорна киселина в среда с оцетна киселина, варира от 10 до 50%. Понастоящем в маслата и нефтопродуктите са идентифицирани повече от 100 алкил- и арен-кондензирани аналога на пиридин, хинолин и други основи.

Силно основни азотсъдържащи съединения са представени от пиридини и техните производни:

Слабоосновните азотсъдържащи съединения включват анилини, амиди, имиди и N-циклоалкилови производни, имащи алкилови, циклоалкилови и фенилови групи като заместител в пироловия пръстен:

Неутралните азотсъдържащи съединения, които не съдържат други хетероатоми в своите молекули, с изключение на азотния атом и изолирани от маслото, включват индоли, карбазоли и техните нафтенови и сяросъдържащи производни:

Когато се изолират, неутралните азотсъдържащи съединения образуват асоциации с кислород-съдържащи съединения и се екстрахират заедно с азотсъдържащи основи.

Наред с посочените монофункционални съединения, в маслата са идентифицирани следните азотсъдържащи съединения:

1. Полиароматен с два азотни атома в молекулата:

2. Съединения с два хетероатома (азот и сяра) в един цикъл - тиазоли и бензтиазоли и техните алкилови и нафтенови хомолози:

3. Съединения с два азотни и серни хетероатома в различни цикли: тиофен-съдържащи алкил-, циклоалкилиндоли и карбазоли.

4. Съединения с карбонилна група в азот-съдържащ хетероцикъл, като пиперидони и хинолони:

5. Порфирини. Структурата на порфирините, които са комплексни съединения с ванадил VO, никел и желязо, ще бъде разгледана по-долу.

Значението на азотсъдържащите съединения на маслото като естествени повърхностно активни вещества е много голямо; те, заедно с CAB, до голяма степен определят повърхностната активност на границите на течната фаза и овлажняващата способност на маслото на интерфейсите скално масло, метал-масло. Азотсъдържащите съединения и техните производни - пиридини, хидроксипиридини, хинолини, хидроксихинолини, имидазолини, оксазолини и др. - са естествени маслоразтворими повърхностно активни вещества, които имат инхибиращи свойства при корозията на металите при производството, транспортирането и рафинирането на нефт. По-слабите повърхностно-активни свойства са характерни за такива азотсъдържащи маслени съединения като хомолози на пирол, индол, карбазол, тиазоли и амиди.

Смоло-асфалтенови вещества (ТАКСИ). Една от най-представителните групи хетероорганични макромолекулни маслени съединения са CAB. Характерните особености на CAB - значителни молекулни тегла, наличието на различни хетероелементи в техния състав, полярност, парамагнетизъм, висока склонност към MMW и асоцииране, полидисперсност и проява на изразени колоидно-дисперсни свойства - допринесоха за това, че методите обикновено използвани в анализа се оказаха неподходящи за тяхното изследване.нискокипящи компоненти. Предвид спецификата на изследвания обект, Sergienko S.R. преди повече от 30 години той обособява химията на високомолекулните петролни съединения като самостоятелен клон на химията на петрола и има голям принос за нейното формиране с фундаменталните си трудове.

До 60-те и 70-те години на миналия век изследователите определят физикохимичните характеристики на CAB (някои от тях са дадени в Таблица 2.4) и се опитват да представят структурната формула на средната молекула на асфалтени и смоли въз основа на данни от инструментален структурен анализ.

Подобни опити се правят и в момента. Стойностите на елементния състав, средните молекулни тегла, плътността, разтворимостта и т.н., вариращи в значителен диапазон за CAB проби от различни местни и чуждестранни масла, отразяват разнообразието на естествените масла. Повечето от хетероелементите, присъстващи в петрола и почти всички метали, са концентрирани в смоли и асфалтени.

Азотът в CAB влиза главно в хетероароматни фрагменти от видове пиридин (основен), пирол (неутрален) и порфирин (метален комплекс). Сярата е част от хетероцикли (тиофен, тиацилан, тиазол), тиолови групи и сулфидни мостове, които омрежват молекулите. Кислородът в смолите и асфалтените е представен под формата на хидроксилни (фенолни, алкохолни), карбоксилни, етерни (прости, сложни лактони), карбонилни (кетонови, хинонови) групи и фуранови цикли. Съществува известно съответствие между молекулното тегло на асфалтените и съдържанието на хетероелементи (фиг. 2.2).

Нека характеризираме сегашното ниво на идеи за CAB. Йен отбелязва универсалната природа на асфалтените като съставка на естествените източници на въглерод, не само каустобиолити (масла и твърди горива), но също и седиментни скали и метеорити.

Съгласно класификацията на природните ресурси с въглеводородна основа, предложена от Абрахам, маслата включват тези, които съдържат до 35-40% (тегл.) CAB, а естествените асфалти и битуми съдържат до 60-75% (wt.) CAB, според други източници - до 42-81%. За разлика от по-леките компоненти на маслото, които се приписват на техните групи поради сходството на тяхната химична структура, критерият за комбиниране на съединенията в клас, наречен CAB, е тяхната близост в разтворимост в конкретен разтворител. Когато маслото и маслените остатъци са изложени на големи количества петролен етер, нискокипящи алкани, утаяване на вещества, наречени асфалтени, които са разтворими в по-ниски арени, и солватацията на други компоненти - малтени, състоящи се от въглеводородна част и смоли.

Съвременните схеми за отделяне на тежката част от маслото се основават на класическите методи, предложени за първи път от Маркусон. Веществата, неразтворими във въглероден дисулфид и други разтворители, се класифицират като карбоиди.Веществата, които са разтворими само във въглероден дисулфид и се утаяват от тетрахлорметан, се наричат карбени. Карбоиди и карбени, като правило, се намират в състава на тежки продукти от разрушителното рафиниране на нефт в количество от няколко процента и ще бъдат разгледани отделно по-долу. Те практически отсъстват в състава на суровите масла и в остатъците от първичната нефтопреработка.

Свойствата на изолираните асфалтени също зависят от разтворителя. Последствието от разликите в естеството и свойствата на разтворителите е, че молекулното тегло на асфалтените от арабските масла при разтваряне в бензол е средно 2 пъти по-високо, отколкото в тетрахидрофуран. (Таблица 2. 5).

Таблица 2.5

Параметър на разтворителя Диелектричен диполен момент, Dпропускливост пропускливост

Тетрахидрофуран 9,1 7,58 1,75 Бензол 9,2 2,27 0

В процеса на разработване на идеи за структурата и естеството на петролните CAB могат да се разграничат два основни етапа, свързани с общата идея за колоидно-дисперсна структура, но различаващи се в методологическия подход за оценка на структурата на един елемент с колоидна структура. На първия етап - етапът на химическите представи за структурата на CAB молекулите - беше използван стандартен химически подход за идентифициране на структурата на неизвестно съединение. След установяване на молекулното тегло, елементния състав и молекулните формули на смолите и асфалтените C n H 2 n - z N p S g O r . След това се изчислява стойността на z. За смолите беше 40-50, за асфалтените - 130-140. Типичен пример за резултатите от подобни изследвания за CAB проби от различни местни и чуждестранни масла е представен в табл. 2.4. (виж Таблица 1.4). Както може да се види, асфалтените се различават от смолите от същия източник по по-високо съдържание на въглерод и метал и по-ниско съдържание на водород, по-големи полиароматни ядра, по-къса средна дължина на големи алифатни заместители и по-малко ациклични фрагменти, директно слети с ароматни ядра.

Вторият етап може да се характеризира като етап на развитие на физическите представи за структурата на асфалтените и анализ на причините за склонността на асфалтените да се асоциират. Всъщност обяснението на зависимостта на молекулното тегло от условията на определяне (виж Таблица 2.5), както и на линейната му зависимост от размера на асфалтеновите частици (фиг. 1.5) стана възможно в рамките на качествено нови идеи за структура на асфалтените.

През 1961г Т. Йен предложи така наречения модел на стека "плоча до плоча" на структурата на асфалтените. Моделът се основава не на необходимостта от съответствието му с изчислените структурни параметри на състава на асфалтените, а на принципната възможност за равнина паралелна ориентация на полиароматни фрагменти от различни молекули. Тяхната асоциация в резултат на междумолекулни (π - π, донор-акцептор и т.н.) взаимодействия възниква с образуването на слоести подреждащи структури (терминът "подреждане" се използва в молекулярната биология за означаване на подреждане на молекули, подобно на купчина една по-горе другият).

Ориз. 2.5. Корелация между размера на частиците на асфалтените (D) и тяхното молекулно тегло (M)

В съответствие с модела на Йен, базиран на данни от рентгенова дифракция, асфалтените имат кристална структура и представляват подреждащи се структури с диаметър 0,9-1,7 nm от 4-5 слоя, разположени на разстояние 0,36 nm. Размерът на подреждащите се структури по нормата към равнината на ароматните плочи е 1,6–2,0 nm (фиг. 2.6). Праволинейните сегменти показват плоски полиароматични фрагменти, а счупените сегменти показват наситени фрагменти от молекули. Полиароматните фрагменти са представени от сравнително малки, най-често не повече от тетрациклични, ядра. От алифатните фрагменти най-често срещаните са къси алкилови групи C1-C5, предимно метилови, но има и линейно разклонени алкани, съдържащи 10 въглеродни атома или повече. Има и полициклични наситени структури в CAB молекулите с 1-5 кондензирани пръстена, главно бициклани.

В рамките на модела на Йена зависимостта на молекулното тегло на асфалтените от условията на изолация и естеството на разтворителя, отбелязани по-горе, може лесно да се обясни чрез асоциация, която предполага няколко нива на структурна организация на асфалтените: молекулярно дисперсно състояние ( I), в които асфалтените са под формата на отделни слоеве; колоидно състояние (II), което е резултат от образуването на подреждащи се структури с характерни размери; дисперсно кинетично стабилно състояние (III), произтичащо от агрегирането на подреждащи се структури и дисперсно кинетично нестабилно състояние (IV), придружено от утаяване.

Ориз. 2.6. Модел на асфалтенова структура според Jen

Моделите на пакетната структура на структурата на асфалтените се следват от много съвременни изследователи. Унгер Ф.Г. изрази оригинална гледна точка за процеса на възникване и съществуване на CAB в маслото. Маслата и маслените системи, съдържащи CAB, според него са термодинамично лабилни парамагнитни свързани решения. Ядрата на асоциати на такива разтвори са образувани от асфалтени, в които са локализирани стабилни свободни радикали, а солватните слоеве, заобикалящи ядрото, се състоят от молекули диамагнитна смола. Някои от молекулите на диамагнитната смола са способни да преминат във възбудено триплетно състояние и да претърпят хемолиза. Следователно смолите са потенциален източник на асфалтени, което обяснява L.G. лекотата на превръщане на смолите в асфалтени.

По този начин, новостта на представените идеи е свързана с утвърждаването на специалната роля на обменните взаимодействия за обяснение на същността на CAB. За разлика от пакетния модел се развива идеята за централно симетрична структура на CAB частицата. За първи път е постулиран от Д. Пфайфер и Р. Заал, които предлагат статичен модел на структурата на структурната единица от асфалтени. Според него ядрото на структурната единица е образувано от полициклични въглеводороди с високо молекулно тегло и е заобиколено от компоненти с постепенно намаляваща степен на ароматност. Нойман Г. подчерта, че е енергийно изгодно полярните групи да се обърнат вътре в структурната единица, а въглеводородните радикали - навън, което е в съгласие с правилото за изравняване на полярността според Ребиндер.

Порфириниса типични примери за естествени петролни комплексни съединения. Порфирини с ванадий като фокусна точка (под формата на ванадил) или никел (виж 11). Маслените ванадилпорфирини са главно хомолози от две серии: алкил-заместени порфирини с различен общ брой въглеродни атоми в страничните заместители на порфиновия пръстен и порфирини с допълнителен циклопентенов пръстен. Метални порфиринови комплекси присъстват в естествения битум до 1 mg/100 g, а във високовискозните масла – до 20 mg/100 g масло. При изследване на естеството на разпределението на металните порфиринови комплекси между съставните части на SDS в работата чрез екстракция и гел хроматография беше установено, че 40% от ванадилпорфирините са концентрирани в диспергирани частици (приблизително еднакво в състава на сърцевина и солватен слой), а останалите и никелови порфирини се съдържат в дисперсионната среда.

Ванадилпорфирините в състава на асфалтените имат значителен принос за повърхностната активност на маслата, докато вътрешната повърхностна активност на асфалтените е ниска. Така изследване на масла от Башкирия показа, че повърхностното напрежение на маслата на границата с водата силно корелира със съдържанието на ванадилпорфирини в тях, докато коефициентът на корелация със съдържанието на асфалтени в тях е относително нисък (фиг. 2.7).

В по-малка степен е изследван ефектът на металните порфирини върху дисперсната структура на маслото и условията за възникване на фазови преходи в маслените системи. Има доказателства за техния негативен ефект, заедно с други хетероатомни компоненти, върху каталитичните процеси на рафинирането на нефт. В допълнение, те трябва да влияят силно върху кинетиката и механизма на фазовите преходи в SSS.

Ориз. 2.7. Изотерми на повърхностно напрежение a на границата с вода:

а - бензолни разтвори на асфалтени: 1 - асфалтени с порфирини; 2-5 - асфалтените като порфирини се отстраняват съответно след една, пет, седем, тринадесет екстракции; б - масло от Башкирия

Един от най-често срещаните химични елементи, включени в по-голямата част от химикалите, е кислородът. В хода на неорганичната и органичната химия се изучават оксиди, киселини, основи, алкохоли, феноли и други кислородсъдържащи съединения. В нашата статия ще проучим свойствата, както и ще дадем примери за тяхното приложение в индустрията, селското стопанство и медицината.

оксиди

Най-простите по структура са бинарни съединения на метали и неметали с кислород. Класификацията на оксидите включва следните групи: киселинни, основни, амфотерни и индиферентни. Основният критерий за разделянето на всички тези вещества е кой елемент се свързва с кислорода. Ако е метал, значи са основни. Например: CuO, MgO, Na 2 O - оксиди на мед, магнезий, натрий. Основното им химично свойство е реакцията с киселини. И така, медният оксид реагира със солна киселина:

CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63,3 kJ.

Наличието на атоми на неметални елементи в молекулите на бинарни съединения показва тяхната принадлежност към кисел водород H 2 O, въглероден диоксид CO 2, фосфорен пентоксид P 2 O 5 . Способността на такива вещества да реагират с основи е тяхната основна химична характеристика.

В резултат на реакцията могат да се образуват видове: кисели или средни. Това ще зависи от това колко мола алкали реагират:

• CO2 + KOH => KHCO3;
• CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.

Друга група от кислород-съдържащи съединения, която включва такива химични елементи като цинк или алуминий, се наричат ​​амфотерни оксиди. В техните свойства има тенденция към химично взаимодействие както с киселини, така и с основи. Продуктите от взаимодействието на киселинни оксиди с вода са киселини. Например, при реакцията на серен анхидрид и вода се образуват киселини - това е един от най-важните класове кислород-съдържащи съединения.

Киселини и техните свойства

Съединенията, състоящи се от водородни атоми, свързани със сложни йони на киселинни остатъци, са киселини. Обикновено те могат да бъдат разделени на неорганични, например въглеродна киселина, сулфат, нитрат и органични съединения. Последните включват оцетна киселина, мравчена, олеинова киселина. И двете групи вещества имат сходни свойства. Така те влизат в реакция на неутрализация с основи, реагират със соли и основни оксиди. Почти всички кислород-съдържащи киселини във водни разтвори се дисоциират на йони, като проводници от втория вид. Възможно е да се определи киселинната природа на тяхната среда, поради прекомерното присъствие на водородни йони, като се използват индикатори. Например, лилавият лакмус става червен, когато се добави към киселинен разтвор. Типичен представител на органичните съединения е оцетната киселина, съдържаща карбоксилна група. Включва водороден атом, който причинява киселинни киселини.Това е безцветна течност със специфична остра миризма, кристализираща при температури под 17°C. CH 3 COOH, подобно на други кислород-съдържащи киселини, е идеално разтворим във вода във всякакви пропорции. Неговият 3 - 5% разтвор е познат в ежедневието под името оцет, който се използва в кулинарията като подправка. Веществото е намерило своето приложение и в производството на ацетатна коприна, багрила, пластмаси и някои лекарства.

Органични съединения, съдържащи кислород

В химията може да се разграничи голяма група вещества, съдържащи освен въглерод и водород и частици кислород. Това са карбоксилни киселини, естери, алдехиди, алкохоли и феноли. Всичките им химични свойства се определят от наличието в молекулите на специални комплекси - функционални групи. Например алкохол, съдържащ само гранични връзки между атомите - ROH, където R е въглеводороден радикал. Тези съединения обикновено се разглеждат като производни на алкани, в които един водороден атом е заменен с хидроксо група.

Физични и химични свойства на алкохолите

Агрегационното състояние на алкохолите е течност или твърди съединения. Сред алкохолите няма газообразни вещества, което може да се обясни с образуването на асоциати - групи, състоящи се от няколко молекули, свързани със слаби водородни връзки. Този факт определя и добрата разтворимост на нисшите алкохоли във вода. Въпреки това, във водни разтвори, съдържащите кислород органични вещества - алкохоли, не се дисоциират на йони, не променят цвета на индикаторите, тоест имат неутрална реакция. Водородният атом на функционалната група е слабо свързан с други частици, следователно, при химични взаимодействия, той е в състояние да напусне молекулата. На същото място на свободна валентност той се заменя с други атоми, например при реакции с активни метали или с алкали - с метални атоми. В присъствието на катализатори като платинена мрежа или мед, алкохолите се окисляват от енергични окислители, калиев бихромат или калиев перманганат, до алдехиди.

реакция на естерификация

Едно от най-важните химични свойства на кислород-съдържащите органични вещества: алкохоли и киселини е реакция, водеща до производството на естери. Той е от голямо практическо значение и се използва в промишлеността за извличане на естери, използвани като разтворители в Хранително-вкусовата промишленост(като плодови есенции). В медицината някои от естерите се използват като спазмолитични средства, например етилнитритът разширява периферните кръвоносни съдове, а изоамил нитритът е протектор от спазми на коронарните артерии. Уравнението на реакцията на естерификация има следната форма:

CH3COOH+C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H2O

В него CH 3 COOH е оцетна киселина, а C 2 H 5 OH е химична формулаалкохол етанол.

Алдехиди

Ако съединението съдържа функционалната група -COH, то се класифицира като алдехид. Представени са като продукти на по-нататъшно окисление на алкохоли, например с окислители като меден оксид.

Наличието на карбонилен комплекс в молекулите на мравчени или ацеталдехид определя способността им да полимеризират и прикрепят атоми на други химични елементи. Качествените реакции, които могат да се използват за доказване на наличието на карбонилна група и принадлежността на дадено вещество към алдехиди, са реакцията на сребърно огледало и взаимодействието с меден хидроксид при нагряване:

Ацеталдехидът, използван в индустрията за производство на оцетна киселина, продукт с голям тонаж на органичния синтез, е получил най-голямо приложение.

Свойства на кислород-съдържащи органични съединения - карбоксилни киселини

Наличието на карбоксилна група - една или повече - е отличителна чертакарбоксилни киселини. Поради структурата на функционалната група димерите могат да се образуват в киселинни разтвори. Те са свързани помежду си чрез водородни връзки. Съединенията се дисоциират на водородни катиони и киселинни остатъчни аниони и са слаби електролити. Изключение е първият представител на редица ограничаващи едноосновни киселини - мравчена или метанова, който е проводник от втория вид със средна якост. Наличието в молекулите само на прости сигма връзки показва границата, но ако веществата имат двойни пи връзки в състава си, това са ненаситени вещества. Първата група включва такива киселини като метан, оцетна, маслена. Вторият е представен от съединения, които са част от течни мазнини - масла, например олеинова киселина. Химичните свойства на кислород-съдържащите съединения: органичните и неорганичните киселини са до голяма степен сходни. Така те могат да взаимодействат с активни метали, техните оксиди, с основи, а също и с алкохоли. Например, оцетната киселина реагира с натрий, оксид и образува сол - натриев ацетат:

NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O

Специално място заемат съединенията на висшите карбоксилни кислород-съдържащи киселини: стеаринова и палмитинова, с тривалентен наситен алкохол - глицерол. Те принадлежат към естери и се наричат ​​мазнини. Същите киселини са част от натриевите и калиеви соли като киселинен остатък, образувайки сапуни.

Важни органични съединения, които са широко разпространени в природата и играят водеща роля като най-енергийно интензивно вещество, са мазнините. Те не са индивидуално съединение, а смес от хетерогенни глицериди. Това са съединения на ограничаващия многовалентен алкохол - глицерин, който, подобно на метанола и фенола, съдържа хидроксилни функционални групи. Мазнините могат да бъдат подложени на хидролиза - нагряване с вода в присъствието на катализатори: алкали, киселини, цинкови оксиди, магнезий. Продуктите на реакцията ще бъдат глицерол и различни карбоксилни киселини, използвани допълнително за производството на сапун. За да не се използват скъпи естествени есенциални карбоксилни киселини в този процес, те се получават чрез окисляване на парафин.

феноли

Завършвайки с разглеждането на класовете кислородсъдържащи съединения, нека се спрем на фенолите. Те са представени от фенилов радикал -C6H5, свързан с една или повече функционални хидроксилни групи. Най-простият представител на този клас е карболовата киселина или фенолът. Като много слаба киселина може да взаимодейства с алкали и активни метали – натрий, калий. Вещество с изразени бактерицидни свойства - фенолът се използва в медицината, както и при производството на багрила и фенолформалдехидни смоли.

В нашата статия проучихме основните класове кислород-съдържащи съединения и разгледахме техните химични свойства.

учител:

Образователна институция: професионален лицей на метрото на Санкт Петербург

Академична дисциплина: химия

тема: "Кислородсъдържащи и азотсъдържащи органични съединения"

Целевата аудитория: Курс 1

Тип урок: обобщение на материала, 1 акад. час.

Цели на урока:

знания:познават формулите и свойствата на кислородсъдържащите и азотсъдържащи органични вещества

разбиране:разбират зависимостта на свойствата на веществата от структурата на молекулата, от функционалната група

Приложение:използвайте информация за свойствата на веществата за съставяне на уравнения на химичните реакции.

анализ:анализира взаимното влияние на групи от атоми в молекулите на органичните вещества.

Синтез:обобщете информация за свойствата на органичните вещества под формата на верига от трансформации

степен:извършва самооценка по предложените рубрики.

Оборудване: интерактивна дъска, мултимедийна презентация.

План на урока:

1. Орг. момент

2. Повторение на предварително научено.

3. Изпълнения на учениците.

4. Самоопределяне на учениците по нива на самочувствие.

5. Самостоятелна работа на учениците.

6. Обобщаване на критерии-ориентирана система.

7. Домашна работа.

По време на занятията

1. Организиране на времето.

Изграждане на група, доклад от ръководителя на групата за броя на присъстващите ученици.

2. Повторение на предварително научено

Информация за функционални групи, класове кислород-съдържащи и азот-съдържащи вещества, за най-простите представители на тези класове с помощта на интерактивна дъска и мултимедийна презентация.

Коя група атоми, задължително присъстващи в молекулите на веществата от този клас, определя химическа функциявещества, т.е. неговите химични свойства?

Отговор: функционална група от атоми

Дайте името на функционалната група - ОН

Отговор: хидроксилна група от атоми.

Какъв клас вещества определя хидроксилната група на атомите?

Отговор: Алкохоли, ако група 1 е ОН, едновалентни алкохоли, ако повече от една група е ОН, многовалентни алкохоли.

Дайте името на функционалната група - SLEEP. Какъв клас вещества определя?

Отговор: алдехидна група, определя класа на алдехидите.

Дайте името на функциите на групата - SLEEP. Какъв клас определя?

Отговор: карбоксилна група, определя класа на карбоксилните киселини.

Дайте името на функцията на групата - NH2. Какъв клас определя?

Отговор: Аминогрупата определя класа амини или класа аминокиселини.

Изслушваме съобщенията на учениците с представяне на мултимедийни презентации за най-простите представители на различни класове кислородсъдържащи и азотсъдържащи вещества.

3. Изпълнения на учениците.

Съобщение 1.

Етанол C2H5OH, клас моноватентен алкохол, функционална група - хидроксилна група от атоми - OH. Качествена реакция - взаимодействие с меден оксид (II) с образуване на алдехид. Химични свойства (избираме 2 реакции) - горене и взаимодействие с метали (Na).

Съобщение 2.

Пропантриол (глицерол) C3H7 (OH) 3. Клас - многовалентни алкохоли, функционални групи - няколко хидроксилни групи - OH. Качествена реакция - взаимодействие с меден (II) хидроксид. Химични свойства - взаимодействие с натрий и с водородни халогениди.

Лабораторен опит:

Изсипете около 1 ml разтвор на меден (II) сумарат в епруветка и добавете малко разтвор на натриев хидроксид, докато се образува синя утайка от меден (II) хидроксид. Към получената утайка добавете на капки разтвор на глицерин. Разклатете сместа. Отбелязваме превръщането на синята утайка в син разтвор.

(глицерол + Cu(OH)2 ----- синрешение)

Съобщение 3.

Фенол C6H5OH е най-простият член на фенолния клас.

Функционалната група е хидроксилната група –ОН. Качествена реакция е образуването на виолетов разтвор при взаимодействие с железен (III) хлорид или образуването на бяла утайка при взаимодействие с бром. Химични свойства: фенолът е слаба киселина, взаимодейства с метали (Na) с алкали (NaOH) и с бром.

Съобщение 4.

Етанол или ацеталдехид CH3-COH Функционална група - COH алдехидна група. Клас - алдехиди. Качествената реакция е реакцията на „сребърното огледало“. Химични свойства: реакция на редукция и реакция на окисление.

Лабораторен експеримент: демонстрационен експеримент.

В епруветка, съдържаща 1 ml алдехид (воден разтвор), добавете няколко капки амонячен разтвор на сребърен оксид. Загряваме епруветката. Наблюдаваме отделянето на сребро по стените на епруветката, стъклената повърхност се превръща в огледало.

Съобщение 5.

Етанова киселина CH3-COOH (оцетна киселина). Клас - карбоксилни киселини. Функционалната група е СООН карбоксилна група. Качествена реакция - лакмусовият индикатор става червен.

Химични свойства: както всяка киселина взаимодейства с метали (Na), основни оксиди (Na2O), алкали (NaOH).

Лабораторен опит:

Изсипете малко оцетна киселина в суха, чиста епруветка с универсален индикатор. Индикаторът става червен.

Съобщение 6.

Глюкоза C6H12O6. Клас - въглехидрати. Функционални групи: 5-OH и 1-COH, т.е. алдехиден алкохол. Качествени реакции: взаимодействие с меден хидроксид за образуване на син разтвор. Реакцията на "сребърното огледало" с отделянето на сребро по стените на епруветката. Химични свойства: редукция до хексавалентен алкохол, окисление до глюконова киселина, реакция на ферментация.

Съобщение 7.

Анилин C6H5-NH2.

Функционална група - NH2 аминогрупа. Клас - амини. Качествена реакция: взаимодействие с бромна вода с образуване на бяла утайка. Химични свойства: взаимодействие със солна киселина и бром.

Съобщение 8.

Аминоетанова киселина NH2-CH2-COOH или аминооцетна киселина.

Клас - аминокиселини. Функционални групи: - NH2 аминогрупа и –COOH карбоксилна група. Химични свойства: AK - амфотерни съединения; - NH2 дава основни свойства, - COOH - киселинни свойства. Следователно аминокиселините са в състояние да се комбинират помежду си, образувайки протеинови молекули, а протеинът е в основата на живота на нашата планета.

4. Самоопределяне на учениците по нива на самочувствие.

Интерактивна дъска: учениците се запознават с картата за самооценка на развитие в урока и отбелязват нивото си.

1. Мога да определя функционалната група и най-простия представител на класа органични вещества с помощта на учител и обобщение (6-7 точки).

2. Мога да определя функционалната група, най-простият представител на класа органични вещества без помощта на учител и без помощта на обобщение (8-10 точки).

3. Мога да определя качествената реакция и химичните свойства на дадено вещество с помощта на учител и бележки (11-14 точки).

4. Мога да определя качествената реакция и химичните свойства на дадено вещество без помощта на учител и без обобщение (15-18 точки).

Студентите се запознават със система за оценяване, базирана на критерии.

критерии:

18 - 15 точки - "отличен"

точки - "добър"

10 - 6 точки - "задоволително"

5 или по-малко - "незадоволително"

5. Самостоятелна работа на учениците.

6. Обобщаване на резултатите по критериално ориентирана система (обявяване на броя точки на учениците).

7. Домашна работа:попълване на таблицата.

Тест на тема: "Органични вещества, съдържащи кислород и азот" (10 клас)

Скъпи ученици, този тест е резултат от изучаване на темата " Кислород-съдържащи и азот-съдържащи органични вещества"и влияе върху настройката на оценката за триместъра. Имате 40 минути, за да го завършите. При изпълнение е забранено използването на учебника, справочните материали и Inttrnet.

Пожелавам ти успех!

1. Водородният атом в молекулата има най-висока активност

2. Взаимодействайте помежду си

3. Не взаимодействайтемежду тях

4. Оцетната киселина може да реагира с едно от двете вещества

5. Правилни ли са следните преценки за свойствата на оцетната киселина?

1. Оцетната киселина не реагира с натриев карбонат.

2. Разтвор на оцетна киселина провежда електричество.

6. Реакция на дехидратация е възможна за

7. Натриевият хидроксид ще реагира с

9. Продуктът от окисление на пропанол не може да бъде

10. При нагряване на 57,5 ​​g етанол с концентрирана сярна киселина се образуват две органични съединения А и В. Вещество А е газ, който може да обезцвети 100 g от 40% разтвор на бром във тетрахлорметан. Вещество В е нискокипяща течност. Определете получените съединения А и В, изчислете също обема на А (при N.O.) и масата на В, като се приеме, че етанолът е реагирал напълно.

Ключове за теста

10. 5,6 L етен и 37 g диетилов етер

Като щракнете върху бутона "Изтегляне на архив", вие ще изтеглите безплатно необходимия ви файл.
Преди да изтеглите този файл, запомнете тези добри есета, контролни, курсови работи, тези, статии и други документи, които лежат непотърсени на вашия компютър. Това е ваша работа, тя трябва да участва в развитието на обществото и да е в полза на хората. Намерете тези произведения и ги изпратете в базата знания.
Ние и всички студенти, специализанти, млади учени, които използват базата от знания в своето обучение и работа, ще Ви бъдем много благодарни.

За да изтеглите архив с документ, въведете петцифрено число в полето по-долу и кликнете върху бутона "Изтегляне на архив"

Подобни документи

Номенклатурата на производните на бензола, техните разновидности и методи за получаване, принципи и насоки на практическа употреба. Структурата на бензола и неговата ароматност. Правилото на Хюкел и особености на неговото приложение. Небензеноидни ароматни съединения.

резюме, добавен на 05.08.2013


Ароматни въглеводороди: основни характеристики. Номенклатура и изомерия, физични и химични свойства на ароматните въглеводороди. Механизмът на реакциите на електрофилно и нуклеофилно заместване в ароматната серия. Използването на арени, тяхната токсичност.

резюме, добавено на 11.12.2011


Алканите са наситени въглеводороди, съдържащи само прости въглеродни връзки. Получаване на алкани: промишлен метод, нитриране и окисляване. Въглеводородите, съдържащи въглеродна двойна връзка, са алкени или етиленови въглеводороди. диенови въглеводороди.

лекция, добавена на 02/05/2009


Ненаситените съединения с две двойни връзки в молекулата са диенови въглеводороди. Връзка между структурата на диеновите въглеводороди и техните свойства. Методи за производство на девинил, изопрен, синтетичен каучук. Органични халогениди и тяхната класификация.

лекция, добавена на 19.02.2009


Структура, номенклатура на алкените. Ненаситени въглеводороди, чиито молекули съдържат една двойна C-C връзка. хибридизация на орбитали. Изображение на пространствената структура на атомите. Пространствена изомерия на въглеродния скелет. Физически свойстваалкени.

презентация, добавена на 06.08.2015


Развитие на идеи за органичен произходмасло. Парафинови, нафтенови и ароматни въглеводороди. Налягане на насищане на нефт с газ. Температура на кристализация, мътност, втвърдяване. Разлики в свойствата на маслото в рамките на маслоносен резервоар.

урок, добавен на 05.02.2014


Понятието за алкани (наситени въглеводороди, парафини, алифатни съединения), тяхната систематична и рационална номенклатура. Химични свойства на алканите, реакции на радикално заместване и окисление. Получаване и извличане на ненаситени въглеводороди.