Organska jedinjenja koja sadrže kiseonik i dušik. Sertifikaciona radna hemija procesa destruktivne hidrogenizacije

Test na temu: "Organske tvari koje sadrže kisik i dušik" (10. razred)

Dragi studenti, ovaj test je rezultat proučavanja teme " Organske tvari koje sadrže kisik i dušik"i utiče na postavljanje ocjene za trimestar. Imate 40 minuta da ga završite. Prilikom izvođenja zabranjeno je korištenje udžbenika, referentnih materijala i Interneta.

Želim ti uspjeh!

1. Atom vodonika u molekuli ima najveću aktivnost

2. Interakcija jedni s drugima

3. Nemojte komunicirati između sebe

4. Sirćetna kiselina može reagovati sa bilo kojom od ove dve supstance

5. Da li su sljedeći sudovi o svojstvima sirćetne kiseline tačni?

1. Sirćetna kiselina ne reaguje sa natrijum karbonatom.

2. Rastvor sirćetne kiseline provodi struju.

6. Moguća je reakcija dehidracije za

7. Natrijum hidroksid će reagovati sa

9. Proizvod oksidacije propanola ne može biti

10. Kada je 57,5 ​​g etanola zagrejano sa koncentrovanom sumpornom kiselinom, nastala su dva organska jedinjenja A i B. Supstanca A je gas koji može da promeni boju 100 g 40% rastvora broma u tetrahloridu ugljenika. Supstanca B je tečnost niskog ključanja. Odredite dobijena jedinjenja A i B, takođe izračunajte zapreminu A (na N.O.) i masu B, pod pretpostavkom da je etanol potpuno reagovao.

Ključevi za test

10. 5,6 L etena i 37 g dietil etera

Heteroorganska jedinjenja (koji sadrže sumpor, kiseonik i azot) različite strukture i molekulske mase prisutna su u različitim omjerima u frakcijama destilata i zaostalih ulja. Posebno je teško proučavati prirodu i sastav visokomolekularnih heteroorganskih spojeva, čiji glavni dio čine katran-asfaltne tvari. Zbog usamljenih parova elektrona, heteroatomi sumpora, kiseonika i azota mogu da deluju kao koordinacioni centar u formiranju saradnika u naftnim sistemima.

Jedinjenja sumpora spadaju u najreprezentativniju grupu heteroatomskih komponenti gasnog kondenzata i naftnih sistema. Ukupni sadržaj sumpora u naftnim i gasnim sistemima varira u velikoj meri: od stotih delova procenta do 6-8% (tež.) i više. Visok sadržaj ukupnog sumpora karakterističan je za gasne kondenzate iz Astrahana, Karačaganaka (0,9%) i drugih polja. Sadržaj spojeva koji sadrže sumpor u nekim uljima doseže 40% (tež.) i više, u nekim slučajevima, ulje se gotovo u potpunosti sastoji od njih. Za razliku od drugih heteroatoma, koji su pretežno koncentrirani u CAB, značajan udio sumpora sadržan je u frakcijama destilata. Po pravilu, sadržaj sumpora u pravolinijskim frakcijama raste kako se povećava njihova tačka ključanja i ukupni sadržaj sumpora u originalnom ulju.

Manje količine neorganskih jedinjenja koja sadrže sumpor (elementarni sumpor i vodonik sulfid) su prisutne u naftnim i gasnim sistemima, a mogu nastati i kao sekundarni produkti razgradnje drugih jedinjenja koja sadrže sumpor na visokim temperaturama u procesima destilacije, destruktivne obrade. Među jedinjenja koja sadrže sumpor pronađena u nafti, identifikovana su sledeća (prema Institutu za hemiju nafte TF SB RAN).

1. Alifatski, aliciklični i aromatični tioli (merkaptani) 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

arenoalkanotioli tionaftoli

2. Tioeteri (sulfidi) sljedećih glavnih tipova:

R-S-R" C 6 H 5 -S-C 6 H 5

tiaalkani, tiaalkeni, tiaalkin diarilsulfidi

tiacikloalkani alkilarilsulfidi ariltiaalkani

(R, R" - zasićeni i nezasićeni alifatski ugljikovodični supstituenti).

3. Dialkidni disulfidi R-S-S-R", gdje su R, R" alkil, cikloalkil ili aril supstituenti.

4. Tiofeni i njihovi derivati, od kojih su najvažniji arenotiofeni:

alkilbenzotiofeni alkilbenzotiofeni alkildibenzotiofeni

Raspodjela različitih grupa spojeva koji sadrže sumpor u uljima i u frakcijama nafte podliježe sljedećim pravilnostima.

Tioli se nalaze u gotovo svim sirovim uljima, obično u malim koncentracijama i čine 2-10% (tež.) od ukupnog sadržaja spojeva koji sadrže sumpor. U plinskim kondenzatima se uglavnom nalaze alifatski merkaptani C 1 -C z. Neka ulja i plinski kondenzati i njihove frakcije su prirodni koncentrati merkaptana, primjeri kojih su benzinske frakcije supergigantskog Kaspijskog polja; frakcija 40-200°C gasnog kondenzata Orenburškog polja, koja sadrži 1,24% (tež.) ukupnog sumpora, uključujući 0,97% merkaptana; laka frakcija kerozina 120-280°C nafte sa polja Tengiz, koja sadrži 45-70% merkaptan sumpora od ukupnog sadržaja jedinjenja koja sadrže sumpor. Istovremeno, rezerve prirodnih tiola u ugljovodoničnim sirovinama kaspijskog regiona odgovaraju nivou njihove globalne sintetičke proizvodnje. Prirodni tioli su perspektivne sirovine za sintezu pesticida (na bazi simetričnih triazina) i odorizaciju tečnih plinova. Prospektivna potražnja Rusije za tiolima za odorizaciju trenutno iznosi 6.000 tona godišnje.

Tioeteri čine do 27% ukupnih spojeva koji sadrže sumpor u sirovim naftama i do 50% u srednjim frakcijama, a u teškim vakuumskim plinskim uljima sadržaj sulfida je manji. Metode odvajanja naftnih sulfida zasnivaju se na njihovoj sposobnosti da formiraju kompleksna jedinjenja tipa donor-akceptor prenošenjem usamljenog para elektrona sa atoma sumpora na slobodnu akceptorsku orbitalu. Metalni halogenidi, haloalkili i halogeni mogu djelovati kao akceptori elektrona. Reakcije kompleksiranja s naftnim sulfidima, nažalost, nisu selektivne; druge heteroatomske komponente nafte takođe mogu učestvovati u formiranju kompleksa.

Dialkil disulfidi se ne nalaze u sirovim uljima, oni obično nastaju tokom oksidacije merkaptana u blagim uslovima i stoga su prisutni u benzinima (do 15%). Glavni udio spojeva koji sadrže sumpor u uljima otpada na takozvani "rezidualni" sumpor, koji se ne utvrđuje standardnim metodama. U njegovom sastavu prevladavaju tiofeni i njihovi derivati, pa se "rezidualni" sumpor ranije nazivao "tiofen", međutim, metodom masene spektrometrije negativnih jona, u njemu su pronađeni sulfoksidi, sulfoni i disulfan koji se ranije nisu mogli detektovati. U benzinskim frakcijama sadržaj derivata tiofena je nizak, u frakcijama srednjeg i posebno visokog ključanja dostiže 50-80% ukupnih spojeva koji sadrže sumpor. Relativni sadržaj derivata tiofena, po pravilu, poklapa se sa stepenom aromatičnosti uljnog sistema. Poteškoće koje nastaju u izolaciji spojeva koji sadrže sumpor (posebno iz frakcija visokog ključanja) uzrokovane su bliskošću hemijskih svojstava arena i tiofena. Sličnost njihovog hemijskog ponašanja je posledica aromatičnosti tiofena, koja nastaje kao rezultat inkorporacije heteroatoma sumpora u π-elektronski sistem do aromatičnog seksteta. Posljedica toga je povećana sklonost naftnih tiofena intenzivnim međumolekularnim interakcijama.

Jedinjenja kiseonika sadržano u uljnim sistemima od 0,1-1,0 do 3,6% (tež.). S povećanjem točke ključanja destilatnih frakcija, njihov sadržaj se povećava, a glavni dio kisika je koncentriran u katransko-asfaltenskim tvarima. Sastav ulja i destilata sadrži do 20% ili više spojeva koji sadrže kisik.

Među njima se tradicionalno razlikuju tvari kisele i neutralne prirode. Kiselinske komponente uključuju karboksilne kiseline i fenole. Neutralna jedinjenja koja sadrže kiseonik predstavljaju ketoni, anhidridi i amidi kiselina, estri, derivati ​​furana, alkoholi i laktoni.

Prisustvo kiselina u uljima otkriveno je veoma davno zbog visoke hemijske aktivnosti u odnosu na ugljovodonike. Istorija njihovog otkrića u nafti je sljedeća. Prilikom dobijanja visokokvalitetnog kerozina za potrebe rasvjete, on je tretiran alkalijama (kiselo-bazno pročišćavanje) i istovremeno je uočeno stvaranje tvari visoke emulgatorske sposobnosti. Nakon toga se pokazalo da su emulgatori natrijeve soli kiselina sadržane u frakcijama destilata. Ekstrakcija vodenim i alkoholnim rastvorima alkalija i dalje je klasična metoda za ekstrakciju kiselih komponenti iz ulja. Trenutno se metode za izolaciju kiselina i fenola također temelje na interakciji njihovih funkcionalnih grupa (karboksilne i hidroksilne) sa bilo kojim reagensom.

Karboksilne kiseline su najistraženija klasa uljnih spojeva koji sadrže kisik. Sadržaj naftnih kiselina po frakcijama varira prema ekstremnoj zavisnosti, čiji maksimum u pravilu pada na lake i srednje frakcije nafte. Različite vrste naftnih kiselina su identificirane kromato-masenom spektrometrijom. Većina njih je jednobazna (RCOOH), gdje se gotovo svaki fragment ugljikovodika i heteroorganskih spojeva nafte može koristiti kao R. Odavno je uočeno da grupni sastavi kiselina i ulja odgovaraju jedni drugima: alifatične kiseline prevladavaju u metanskim uljima, naftenske i naftenoaromatske kiseline prevladavaju u naftenskim uljima. Pronađene su alifatične kiseline od C 1 do C 25 s linearnom strukturom i neke s razgranatom strukturom. Istovremeno, odnos n-alkanske i razgranate kiseline u naftnim kiselinama poklapa se sa odnosom odgovarajućih ugljovodonika u uljima.

Alifatične kiseline su prvenstveno predstavljene n-alkanskim kiselinama. Od razgranatih kiselina, češće su one koje sadrže metilni supstituent u glavnom lancu. Svi niži izomeri ovog tipa nalaze se u uljima, sve do C 7 . Druga važna grupa alifatičnih kiselina su izoprenoidne kiseline, među kojima dominiraju prestanična (C 19) i fitanska (C 20) kiselina.

Aliciklične (naftenske) kiseline ulja su monociklokarboksilne kiseline - derivati ​​ciklopentana i cikloheksana; policiklički može sadržavati do 5 prstenova (podaci za kalifornijsko ulje). COOH grupe u molekulima monocikličkih kiselina direktno su povezane sa ciklusom ili se nalaze na kraju alifatskih supstituenata. U ciklusu mogu biti do tri (najčešće metilna) supstituenta, od kojih su najčešće pozicije 1, 2; 13; 1, 2, 4; 1, 1, 3 i 1, 1, 2, 3.

Molekuli tri-, tetra- i pentacikličkih kiselina izolovani iz ulja građeni su uglavnom od kondenzovanih cikloheksanskih prstenova.

Utvrđeno je prisustvo heksacikličkih naftenskih kiselina sa cikloheksanskim prstenovima u uljima. Aromatične kiseline u uljima predstavljaju benzojeva kiselina i njeni derivati. Mnogi homologni nizovi policikličkih naftenoaromatskih kiselina također su pronađeni u uljima, a monoaromatske steroidne kiseline identificirane su u ulju Samotlor.

Od spojeva koji sadrže kisik, nafte kiseline se odlikuju najvećom površinskom aktivnošću. Utvrđeno je da se površinska aktivnost ulja s niskim i visokim sadržajem smole značajno smanjuje nakon uklanjanja kiselih komponenti (kiselina i fenola) iz njih. Jake kiseline sudjeluju u stvaranju asocijacija ulja, što se pokazuje u proučavanju njihovih reoloških svojstava.

Fenoli su proučavani mnogo gore od kiselina. Njihov sadržaj u uljima sa zapadnosibirskih polja kreće se od 40 do 900 mg/l. U uljima Zapadnog Sibira, koncentracije fenola rastu reda 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.

Svi najjednostavniji alkil ketoni C3-C6, acetofenon i njegovi nafteno- i areno-derivati, fluorenon i njegovi najbliži homolozi pronađeni su u neutralnim spojevima kalifornijskih ulja koji sadrže kisik. Prinos ketonskog koncentrata iz ulja Samotlor, koji se sastoji uglavnom od dialkil ketona, iznosi 0,36%, dok je stepen ekstrakcije ketona samo 20%, što ukazuje na prisustvo ketona velike molekulske mase koji se ne mogu dobiti ovom metodom. Proučavanjem ketona u uljima Zapadnog Sibira utvrđeno je da oni sadrže C 19 -C3 2 ketone, a u metanskim uljima prevladavaju alifatski ketoni, a u naftenskim uljima ciklanski i aromatični supstituenti.

Može se pretpostaviti da ulja sadrže alkohole u slobodnom stanju, au vezanom su dio estera. Od heteroorganskih spojeva nafte najviše je proučavana sklonost spojeva koji sadrže kisik intenzivnim međumolekularnim interakcijama.

Proučavanje spojeva koji sadrže dušik moguće je na dva načina - direktno u sirovoj nafti i nakon njihove izolacije i odvajanja. Prvi način omogućava proučavanje spojeva koji sadrže dušik u stanju bliskom prirodnom, međutim, nije isključena pojava primjetnih grešaka zbog niske koncentracije ovih spojeva. Drugi način omogućava smanjenje takvih grešaka, ali u procesu kemijskog djelovanja na ulje tijekom separacije i izolacije moguća je promjena njihove strukture. Utvrđeno je da su jedinjenja koja sadrže dušik u ulju predstavljena uglavnom cikličkim spojevima. Alifatski spojevi koji sadrže dušik nalaze se samo u proizvodima destruktivne rafinacije nafte, u kojima nastaju kao rezultat razaranja dušikovih heterocikla.

Sva uljna jedinjenja koja sadrže dušik su u pravilu funkcionalni derivati ​​arena, te stoga imaju sličnu distribuciju molekulske mase. Međutim, za razliku od arena, spojevi koji sadrže dušik koncentrirani su u frakcijama ulja visokog ključanja i sastavni su dio CAB-a. Do 95% atoma dušika prisutnih u ulju koncentrirano je u smolama i asfaltenima. Predloženo je da se tokom izolacije smola i asfaltena, čak i jedinjenja koja sadrže dušik relativno male molekulske težine koprecipitiraju s njima u obliku donor-akceptorskih kompleksa.

U skladu sa općeprihvaćenom klasifikacijom prema kiselinsko-baznoj karakteristici jedinjenja koja sadrže dušik su podijeljenau azotne baze i neutralna jedinjenja.

Baze koje sadrže dušik su, po svemu sudeći, jedini nosioci glavnih svojstava među komponentama uljnih sistema. Udio baza koje sadrže dušik u ulju titriranom perhlornom kiselinom u mediju octene kiseline kreće se od 10 do 50%. Trenutno je više od 100 alkil- i areno kondenziranih analoga piridina, kinolina i drugih baza identificirano u uljima i naftnim proizvodima.

Jako bazična jedinjenja koja sadrže dušik predstavljaju piridini i njihovi derivati:

Slabo bazična jedinjenja koja sadrže dušik uključuju aniline, amide, imide i N-cikloalkil derivate koji imaju alkil, cikloalkil i fenil grupe kao supstituent u pirolnom prstenu:

Neutralni spojevi koji sadrže dušik koji ne sadrže druge heteroatome u molekulima, osim atoma dušika, a izolirani su iz ulja, uključuju indole, karbazole i njihove naftenske derivate i derivate koji sadrže sumpor:

Kada se izoluju, neutralna jedinjenja koja sadrže dušik formiraju asocijacije sa jedinjenjima koja sadrže kiseonik i ekstrahuju se zajedno sa bazama koje sadrže dušik.

Uz imenovana monofunkcionalna jedinjenja, u uljima su identifikovana i sledeća jedinjenja koja sadrže azot:

1. Poliaromatski sa dva atoma dušika u molekuli:

2. Jedinjenja sa dva heteroatoma (dušik i sumpor) u jednom ciklusu - tiazoli i benztiazoli i njihovi alkil i naftenski homolozi:

3. Jedinjenja sa dva heteroatoma dušika i sumpora u različitim ciklusima: alkil-, cikloalkilindoli i karbazoli koji sadrže tiofen.

4. Jedinjenja s karbonilnom grupom u heterociklu koji sadrži dušik, kao što su piperidoni i kinoloni:

5. Porfirini. Struktura porfirina, koji su kompleksna jedinjenja sa vanadil VO, niklom i gvožđem, biće razmotrena u nastavku.

Značaj uljanih spojeva koji sadrže dušik kao prirodnih tenzida je vrlo velik, oni, zajedno sa CAB, u velikoj mjeri određuju površinsku aktivnost na granicama tečne faze i sposobnost vlaženja nafte na granici kamena-ulje, metal-ulje. Jedinjenja koja sadrže azot i njihovi derivati ​​- piridini, hidroksipiridini, kinolini, hidroksihinolini, imidazolini, oksazolini, itd. - prirodni su tenzidi rastvorljivi u ulju koji imaju inhibitorna svojstva u koroziji metala tokom proizvodnje, transporta i rafinacije nafte. Slabija površinski aktivna svojstva karakteristična su za uljne spojeve koji sadrže dušik kao što su homolozi pirola, indola, karbazola, tiazola i amida.

smole-asfaltne supstance (TAKSI). Jedna od najreprezentativnijih grupa heteroorganskih makromolekularnih jedinjenja ulja su CAB. Karakteristične karakteristike CAB-a - značajne molekularne težine, prisustvo različitih heteroelemenata u njihovom sastavu, polaritet, paramagnetizam, visoka sklonost ka MMW i asocijacijama, polidisperznost i ispoljavanje izraženih koloidno-disperznih svojstava - doprinijele su tome da metode obično korišćene u analizi ispostavilo se da su neprikladne za njihovo proučavanje.komponente niskog ključanja. S obzirom na specifičnosti objekta koji se proučava, Sergienko S.R. prije više od 30 godina izdvojio je hemiju makromolekularnih spojeva nafte kao samostalnu granu hemije nafte i svojim temeljnim radovima dao veliki doprinos njenom formiranju.

Do 1960-ih i 1970-ih, istraživači su određivali fizičko-hemijske karakteristike CAB-a (neke od njih su date u tabeli 2.4) i pokušavali da na osnovu podataka instrumentalne analize strukture prikažu strukturnu formulu prosječnog molekula asfaltena i smola.

Slični pokušaji se čine i u ovom trenutku. Vrijednosti elementarnog sastava, prosječne molekularne mase, gustine, rastvorljivosti itd. koje variraju u značajnom rasponu za CAB uzorke raznih domaćih i stranih ulja odražavaju raznolikost prirodnih ulja. Većina heteroelemenata prisutnih u nafti i gotovo svi metali koncentrirani su u smolama i asfaltenima.

Azot u CAB uglavnom ulazi u heteroaromatične fragmente tipa piridina (bazni), pirol (neutralni) i porfirin (kompleks metala). Sumpor je dio heterocikla (tiofen, tiaciklan, tiazol), tiolnih grupa i sulfidnih mostova koji povezuju molekule. Kiseonik u smolama i asfaltenima je predstavljen u obliku hidroksilnih (fenolnih, alkoholnih), karboksilnih, eterskih (jednostavnih, složenih laktonskih), karbonilnih (keton, kinon) grupa i furanskih ciklusa. Postoji određena korespondencija između molekulske mase asfaltena i sadržaja heteroelemenata (slika 2.2).

Hajde da okarakterišemo savremeni nivo ideja o CAB-u. Jen primjećuje univerzalnu prirodu asfaltena kao sastavnog dijela prirodnih izvora ugljika, ne samo kaustobiolita (ulja i čvrsta goriva), već i sedimentnih stijena i meteorita.

Prema klasifikaciji prirodnih resursa sa ugljovodoničnom bazom koju je predložio Abraham, ulja uključuju ona koja sadrže do 35-40% (mas.) CAB, a prirodni asfalti i bitumeni sadrže do 60-75% (mas.) CAB, prema drugim izvorima - do 42-81%. Za razliku od lakših komponenti ulja, koje su svojim grupama pripisivane po sličnosti njihove hemijske strukture, kriterijum za kombinovanje jedinjenja u klasu zvanu CAB je njihova blizina u rastvorljivosti u određenom rastvaraču. Kada su ulje i ostaci nafte izloženi velikim količinama petrolej etera, alkana niskog ključanja, taloženje supstanci tzv. asfalteni, koji su rastvorljivi u nižim arenama, i solvatacija drugih komponenti - maltena, koji se sastoje od ugljovodoničnog dela i smola.

Moderne sheme za odvajanje teškog dijela nafte temelje se na klasičnim metodama, koje je prvi predložio Markusson. Supstance nerastvorljive u ugljičnom disulfidu i drugim rastvaračima klasificirane su kao karboidi. Tvari koje su rastvorljive samo u ugljičnom disulfidu i taložene ugljičnim tetrahloridom nazivaju se karbeni. Karboidi i karbeni, u pravilu se nalaze u sastavu teških proizvoda destruktivne prerade nafte u količini od nekoliko posto i u nastavku će se posebno razmatrati. Praktično ih nema u sastavu sirove nafte i u ostacima primarne prerade nafte.

Svojstva izoliranih asfaltena također zavise od rastvarača. Posljedica razlika u prirodi i svojstvima otapala je da je molekularna težina asfaltena iz arapskih ulja kada su otopljeni u benzenu u prosjeku 2 puta veća nego u tetrahidrofuranu. (Tabela 2. 5).

Tabela 2.5

Parametar rastvora otapala Dielektrični dipolni moment, Dpermeability permeability

Tetrahidrofuran 9,1 7,58 1,75 Benzen 9,2 2,27 0

U procesu razvoja ideja o strukturi i prirodi naftnih CAB-a, mogu se razlikovati dvije glavne faze, povezane općom idejom koloidno-dispergirane strukture, ali se razlikuju u metodološkom pristupu procjeni strukture jednog elementa. koloidne strukture. U prvoj fazi - fazi kemijskih ideja o strukturi CAB molekula - korišten je standardni kemijski pristup za identifikaciju strukture nepoznatog jedinjenja. Nakon utvrđivanja molekulske težine, elementarnog sastava i molekulskih formula smola i asfaltena C n H 2 n - z N p S g O r . Zatim je izračunata z vrijednost. Za smole je bilo 40-50, za asfaltene - 130-140. Tipičan primjer rezultata takvih studija za CAB uzorke raznih domaćih i stranih ulja prikazan je u tabeli. 2.4. (vidi tabelu 1.4). Kao što se može vidjeti, asfalteni se razlikuju od smola iz istog izvora po većem sadržaju ugljika i metala i nižem sadržaju vodika, većoj veličini poliaromatskih jezgara, kraćoj prosječnoj dužini velikih alifatskih supstituenata i manjem broju acikličkih fragmenata direktno spojenih s aromatičnim jezgrama.

Druga faza se može okarakterisati kao faza razvoja fizičkih predstava o strukturi asfaltena i analize razloga za sklonost asfaltena ka udruživanju. Zaista, objašnjenje zavisnosti molekulske težine od uslova određivanja (videti tabelu 2.5), kao i njene linearne zavisnosti od veličine čestica asfaltena (slika 1.5) postalo je moguće u okviru kvalitativno novih ideja o struktura asfaltena.

Godine 1961 T. Yen je predložio tzv. "plate to plate" model strukture asfaltena. Model nije zasnovan na neophodnosti njegove usklađenosti sa proračunatim strukturnim parametrima sastava asfaltena, već na fundamentalnoj mogućnosti ravno paralelne orijentacije poliaromatskih fragmenata različitih molekula. Njihovo povezivanje kao rezultat intermolekularnih (π - π, donor-akceptor, itd.) interakcija događa se formiranjem slojevitih struktura slaganja (izraz "slaganje" se koristi u molekularnoj biologiji za označavanje rasporeda molekula nalik na stog jedan iznad drugi).

Rice. 2.5. Korelacija između veličine čestica asfaltena (D) i njihove molekularne težine (M)

U skladu sa Yen modelom zasnovanim na podacima difrakcije rendgenskih zraka, asfalteni imaju kristalnu strukturu i predstavljaju složne strukture prečnika 0,9-1,7 nm iz 4-5 slojeva međusobno udaljenih 0,36 nm. Veličina naslaganih struktura duž normale na ravan aromatičnih ploča je 1,6–2,0 nm (slika 2.6). Pravolinijski segmenti pokazuju ravne poliaromatične fragmente, a izlomljeni segmenti pokazuju zasićene fragmente molekula. Poliaromatični fragmenti su predstavljeni relativno malim, najčešće ne više od tetracikličkih, jezgrima. Od alifatskih fragmenata najčešće su kratke alkil grupe C 1 -C 5, prvenstveno metil, ali postoje i linearni razgranati alkani koji sadrže 10 ili više atoma ugljika. Postoje i policiklične zasićene strukture u CAB molekulima sa 1-5 kondenzovanih prstenova, uglavnom biciklana.

U okviru Jena modela, ovisnost molekulske težine asfaltena od uvjeta izolacije i prirode gore navedenog otapala može se lako objasniti asocijacijom koja sugerira nekoliko nivoa strukturne organizacije asfaltena: molekularno dispergirano stanje (I), u kojoj su asfalteni u obliku odvojenih slojeva; koloidno stanje (II), koje je rezultat formiranja slaganih struktura karakterističnih dimenzija; dispergovano kinetički stabilno stanje (III) koje nastaje agregacijom struktura slaganja i dispergovano kinetički nestabilno stanje (IV) praćeno precipitacijom.

Rice. 2.6. Model strukture asfaltena prema Jen

Modele strukture pakovanja strukture asfaltena prate mnogi savremeni istraživači. Unger F.G. izneo originalno gledište o procesu nastanka i postojanja CAB u ulju. Ulja i uljni sistemi koji sadrže CAB, po njegovom mišljenju, su termodinamički labilna paramagnetna pridružena rješenja. Jezgra suradnika takvih otopina formirana su od asfaltena u kojima su lokalizirani stabilni slobodni radikali, a slojevi solvata koji okružuju jezgre sastoje se od molekula dijamagnetne smole. Neki od molekula dijamagnetne smole su sposobni da pređu u pobuđeno tripletno stanje i prođu kroz hemolizu. Stoga su smole potencijalni izvor asfaltena, što objašnjava L.G. lakoća pretvaranja smola u asfaltene.

Dakle, novina predstavljenih ideja povezana je sa potvrđivanjem posebne uloge razmjenskih interakcija za objašnjenje prirode CAB-a. Za razliku od paketnog modela, razvija se ideja centralno simetrične strukture CAB čestice. Prvi su ga postavili D. Pfeiffer i R. Saal, koji su predložili statički model strukture strukturne jedinice asfaltena. Prema njemu, jezgro strukturne jedinice čine policiklični ugljovodonici visoke molekularne težine i okruženo je komponentama sa postepeno opadajućim stepenom aromatičnosti. Neumann G. je naglasio da je energetski korisno okrenuti polarne grupe unutar strukturne jedinice, a ugljikovodične radikale - prema van, što je u skladu s pravilom izjednačavanja polariteta prema Rehbinderu.

Porfirini su tipični primjeri prirodnih spojeva kompleksa nafte. Porfirini sa vanadijem kao žarišnom tačkom (u obliku vanadila) ili niklom (vidi 11). Uljni vanadilporfirini su uglavnom homolozi dvije serije: alkil-supstituirani porfirini s različitim ukupnim brojem ugljikovih atoma u bočnim supstituentima porfinskog prstena i porfirini s dodatnim ciklopentenskim prstenom. Metalni porfirinski kompleksi prisutni su u prirodnom bitumenu do 1 mg/100 g, au visokoviskoznim uljima - do 20 mg/100 g ulja. U proučavanju prirode distribucije kompleksa metalnih porfirina između sastavnih dijelova SDS-a u radu ekstrakcijom i gel hromatografijom, utvrđeno je da je 40% vanadilporfirina koncentrisano u dispergiranim česticama (približno podjednako u sastavu jezgra i solvatni sloj), a ostatak njih i nikl porfirini nalaze se u disperzijskoj sredini.

Vanadilporfirini u sastavu asfaltena daju značajan doprinos površinskoj aktivnosti ulja, dok je intrinzična površinska aktivnost asfaltena niska. Tako je istraživanje ulja iz Baškirije pokazalo da površinski napon ulja na granici s vodom snažno korelira sa sadržajem vanadilporfirina u njima, dok je koeficijent korelacije sa sadržajem asfaltena u njima relativno nizak (slika 2.7).

U manjoj mjeri proučavan je utjecaj metalnih porfirina na disperznu strukturu nafte i uvjete za nastanak faznih prijelaza u naftnim sistemima. Postoje dokazi o njihovom negativnom djelovanju, zajedno s drugim heteroatomskim komponentama, na katalitičke procese prerade nafte. Osim toga, oni bi trebali snažno utjecati na kinetiku i mehanizam faznih prijelaza u SSS.

Rice. 2.7. Izoterme međufazne napetosti a na granici s vodom:

a - benzenske otopine asfaltena: 1 - asfalteni sa porfirinima; 2-5 - asfalteni kao porfirini se uklanjaju nakon jedne, pet, sedam, trinaest ekstrakcija; b - ulje Baškirije

Organske tvari su klasa spojeva koji sadrže ugljik (sa izuzetkom karbida, karbonata, ugljičnih oksida i cijanida). Naziv "organska jedinjenja" pojavio se u ranoj fazi razvoja hemije i naučnici govore sami za sebe... Wikipedia

Jedna od najvažnijih vrsta organskih jedinjenja. Sadrže azot. Oni sadrže ugljik-vodik i dušik-ugljik veze u molekulu. Ulje sadrži piridinski heterocikl koji sadrži dušik. Azot je dio proteina, nukleinskih kiselina i ... ... Wikipedia

Organogermanijumska jedinjenja su organometalna jedinjenja koja sadrže germanijumsku ugljeničnu vezu. Ponekad se nazivaju bilo koja organska jedinjenja koja sadrže germanijum. Prvo organonjemačko jedinjenje tetraetilgerman bilo je ... ... Wikipedia

Organosilicijumska jedinjenja su jedinjenja u čijim molekulima postoji direktna veza silicijum-ugljik. Silikonska jedinjenja se ponekad nazivaju silikonima, od latinskog naziva za silicijum, silicijum. Silikonska jedinjenja ... ... Wikipedia

Organska jedinjenja, organske supstance su klasa hemijskih jedinjenja koja sadrže ugljenik (isključujući karbide, ugljenu kiselinu, karbonate, ugljen-okside i cijanide). Sadržaj 1 Istorija 2 Čas ... Wikipedia

Organometalna jedinjenja (MOC) Organska jedinjenja u čijim molekulima postoji veza između atoma metala i atoma ugljika/atoma. Sadržaj 1 Vrste organometalnih jedinjenja 2 ... Wikipedia

Organohalogena jedinjenja su organska jedinjenja koja sadrže najmanje jednu vezu C Hal ugljenik halogen. Organohalogena jedinjenja, u zavisnosti od prirode halogena, dele se na: Organofluorna jedinjenja; ... ... Wikipedia

Organometalna jedinjenja (MOC) su organska jedinjenja u čijim molekulima postoji veza između atoma metala i atoma ugljika/atoma. Sadržaj 1 Vrste organometalnih jedinjenja 2 Metode dobijanja ... Wikipedia

Organska jedinjenja u kojima je prisutna veza kalaj-ugljik mogu sadržavati dvovalentni i četverovalentni kalaj. Sadržaj 1 Metode sinteze 2 Tipovi 3 ... Wikipedia

- (heterocikli) organska jedinjenja koja sadrže cikluse, koji uz ugljenik uključuju i atome drugih elemenata. Mogu se smatrati karbocikličkim jedinjenjima sa heterosupstituentima (heteroatomima) u prstenu. Većina ... ... Wikipedia

Dušik je, kao i kiseonik, često deo organske materije, a njegova jedinjenja su neophodna za žive organizme.

Jedinjenja koja sadrže dušik su raznovrsnija od spojeva koji sadrže kisik. To je zbog činjenice da dušik ima veću valenciju i da u isto vrijeme ima tri hibridna stanja, poput atoma ugljika. Jedinjenja sa jednostrukom C-N vezom nazivaju se amini, sa dvostrukom C=N vezom - imini, sa trostrukom C=K vezom - nitrili.

Suštinska razlika između dušika i kisika je u tome što dušik može ući u organske spojeve i u reduciranom i u oksidiranom stanju. Elektronegativnost dušika (x = 3,0) je veća od elektronegativnosti ugljika (x = 2,5) i manja od kisika (x = 3,5). Ako je dušik vezan za ugljik i vodik, tada je njegovo oksidacijsko stanje -3. U spojevima koji sadrže nitro grupu -G) 2, dušik je povezan s kisikom i ugljikom i nalazi se u +3 oksidacijskom stanju. Organska jedinjenja sa oksidisanim azotom sadrže unutrašnje zalihe oksidansa. U prisustvu nekoliko nitrogrupa u molekulu, spoj postaje eksplozivan. Supstance ovog tipa uključuju 2,4,6-trinitrotoluen (TNT).

Redukovani dušik daje organskim jedinjenjima ista svojstva kao kisik: polaritet, bazičnost i kiselost, sposobnost

formiraju vodonične veze. Međutim, polaritet spojeva koji sadrže dušik je manji, a vodikove veze su slabije od spojeva koji sadrže kisik. Prema tome, prema nekim fizičkim svojstvima, amini su između ugljikovodika i alkohola. Dok su svi alkoholi tečnosti u normalnim uslovima, neki amini su gasovite supstance:

azot vr 3-hibridizacija je dobar donor elektronskih para. Stoga, kao što već znamo, amini pokazuju prilično jaka osnovna svojstva. U manjoj mjeri, svojstva donora su izražena za dušik u $p 2 hibridizacijskom stanju. Kisela svojstva organskih jedinjenja koja sadrže dušik su mnogo slabija od onih koja sadrže kisik. Ali uz sudjelovanje dušikovih elektrona u konjugaciji s r-elektronima i ugljikom, pojavljuju se kisela svojstva.

Jedna od klasa supstanci koje sadrže dušik - amini. Takozvane organske tvari koje sadrže dušik u kojima je atom dušika vezan za ugljikovodične radikale i odgovarajući broj atoma vodika. U zavisnosti od broja radikala, razlikuju se:

• - primarni amini NMN 2 ;
• - sekundarni amini KI/NH;
• - tercijarni amini KK"K"Y.

Treba napomenuti da se koncepti primarnih, sekundarnih i tercijarnih amina ne poklapaju sa odgovarajućim konceptima za alkohole.

Postoje homologni nizovi zasićenih, nezasićenih i aromatičnih amina. Ovdje postoji i razlika u terminologiji kada se porede alkoholi i amine. U aromatičnim alkoholima, hidrokso grupa mora biti vezana za atom ugljika u radikalu, a ne u aromatičnom prstenu. U slučaju spojeva koji sadrže dušik, supstanca s NH 2 grupom povezanom s aromatičnim prstenom također se smatra aminom.

Amini male molekularne težine su tekuće ili plinovite tvari koje su vrlo topljive u vodi. Imaju neprijatan miris, koji podsjeća na miris amonijaka. Specifičan miris ribe povezan je i sa prisustvom amina. Viši amini imaju ista svojstva koja su uočena u alkoholima i kiselinama - smanjuje se rastvorljivost u vodi i pojavljuje se površinska aktivnost.

Dobijanje amina. Jedna od metoda za dobijanje amina je slična dobijanju alkohola. Ovo su reakcije halogenih derivata ugljovodonika sa amonijakom, koje se odvijaju prema mehanizmu nukleofilne supstitucije:

Amin ovdje ne može biti direktan proizvod reakcije, jer nastali klorovodik s njim reagira kao s bazom.

davanje soli amina. Za isticanje besplatno amina, nastala sol se tretira alkalijom:

Halogeni derivat ugljikovodika reagira ne samo s amonijakom, već i s primarnim aminom. U ovom slučaju nastaje sekundarni amin, au sljedećoj fazi tercijarni amin:

Amini se takođe dobijaju hidrogenacijom nitrila:

Aromatični amini se dobijaju redukcijom nitro jedinjenja. Metali u kiseloj sredini koriste se kao redukcioni agensi:

Ovaj aromatični amin se zove anilin. Reakciju redukcije nitro spojeva otkrio je N. N. Zinin 1842. U industriji, nitrobenzen se reducira vodonikom preko nikalnog katalizatora na ~300°C. Anilin je postao veoma važan međuproizvod koji se koristi za proizvodnju boja, polimera, lekova itd. Svetska proizvodnja anilina iznosi preko 1 milion tona godišnje.

Hemijska svojstva amina. Amini su među supstancama koje su sposobne da gore sa stvaranjem CO 2, H 2 0 i dušika N 2.

Kao baze, amini su slični amonijaku, iz kojeg se proizvode zamjenom vodika ugljikovodičnim radikalima. Ovi radikali utiču na čvrstoću baza. Učinak induktivnih i mezomernih efekata na bazna svojstva općenito je suprotan njihovom djelovanju na kisela svojstva. Ograničavajući alkoholi su po kiselim svojstvima slabiji od vode, a u bazičnim su limitirajući amini jači od amonijaka; fenoli su mnogo jači u kiselim svojstvima od alkohola, a anilin u bazičnim svojstvima je mnogo slabiji od zasićenih amina.

U zasićenim aminima, +/- efekat radikala povećava gustinu elektrona na dušiku, stoga se povećava sposobnost dušika da donira elektronski par za formiranje veze donor-akceptor. U anilinu, azotni elektronski par učestvuje u konjugaciji sa aromatičnim tt elektronima i postaje manje dostupan za formiranje veze donor-akceptor. Stoga su tvari raspoređene u sljedećem redu prema slabljenju glavnih svojstava:

zasićeni amini > NH 3 > aromatični amini.

Primjer 22.15. U kom smjeru je pomjerena ravnoteža reakcije između etilamina i anilin hidrohlorida?

Rješenje. Etilamin je jača baza od anilina. Stoga se ravnoteža pomjera prema stvaranju anilina:

Amini kao baze reaguju sa ionima metala i formiraju kompleksna jedinjenja. Ion metala djeluje kao akceptor elektronskog para za dušik, kao u slučaju reakcija s amonijakom. Postoji mnogo složenih jedinjenja metala (/-blok sa raznim aminima. Prilikom mešanja rastvora bakar sulfata i metilamina nastaje intenzivno obojen rastvor čistije plave nijanse nego u slučaju reakcije sa amonijakom (paragraf 210):

diamini tipa rSh 2 CH 2 CH 2 1H 2 daju jače komplekse od monoamina, budući da svaki molekul ima dva donorska atoma azota i vezan je sa dve donor-akceptorske veze.

Primarni amini pod dejstvom azotne kiseline (ili natrijevog nitrita u kiseloj sredini) deaminiran, pretvaranje u alkohole:

U primarnim i sekundarnim aminima, vodik amino grupe je zamijenjen ugljovodoničnim radikalima u reakcijama s halogenim derivatima (vidi pripremu amina). Amin s kiselim halidom daje amid kiseline u kojem postoji radikal vezan za dušik:

Tercijarni amini dodaju halogene derivate ugljovodonika da formiraju četvorosupstituisane (kvaternarne) amonijumove soli:

To su kristalne, visoko rastvorljive supstance u vodi. Za razliku od konvencionalnih amonijevih soli, one se ne hidroliziraju niti razlažu alkalijama.

U anilinu i drugim aromatičnim aminima, NH2 grupa pokazuje pozitivan mezomerni efekat, ubrzavajući reakcije elektrofilne supstitucije u aromatičnom radikalu. Anilin obezbojava bromsku vodu, formirajući bijeli talog tribromanilina.

Učitelj:

Obrazovne ustanove: profesionalni licej metroa Sankt Peterburga

Akademska disciplina: hemija

Predmet: "Organska jedinjenja koja sadrže kiseonik i azot"

Ciljna publika: 1 kurs

Vrsta lekcije: generalizacija gradiva, 1 akad. sat.

Ciljevi lekcije:

Znanje: poznaju formule i svojstva organskih tvari koje sadrže kisik i dušik

razumijevanje: razumiju ovisnost svojstava tvari o strukturi molekula, o funkcionalnoj grupi

primjena: koristiti informacije o svojstvima supstanci za sastavljanje jednadžbi hemijskih reakcija.

analiza: analiziraju međusobni uticaj grupa atoma u molekulima organskih supstanci.

Sinteza: sažimaju informacije o svojstvima organskih supstanci u obliku lanca transformacija

ocjena: izvršiti samoprocjenu predloženih naslova.

Oprema: interaktivna tabla, multimedijalna prezentacija.

Plan lekcije:

1. Org. momenat

2. Ponavljanje prethodno naučenog.

3. Nastupi učenika.

4. Samoopredeljenje učenika po nivoima samopoštovanja.

5. Samostalni rad studenata.

6. Sumiranje sistema orijentisanog na kriterijume.

7. Domaći.

Tokom nastave

1. Organiziranje vremena.

Izgradnja grupe, izvještaj šefa grupe o broju prisutnih učenika.

2. Ponavljanje prethodno naučenog

Informacije o funkcionalnim grupama, klasama tvari koje sadrže kisik i dušik, o najjednostavnijim predstavnicima ovih klasa koristeći interaktivnu ploču i multimedijalnu prezentaciju.

Koja grupa atoma, koja je nužno prisutna u molekulima supstanci ove klase, određuje hemijsku funkciju supstance, odnosno njena hemijska svojstva?

Odgovor: funkcionalna grupa atoma

Navedite naziv funkcionalne grupe - OH

Odgovor: hidroksilna grupa atoma.

Koja klasa supstanci određuje hidroksilnu grupu atoma?

Odgovor: Alkoholi, ako je grupa 1 OH, monohidrični alkoholi, ako je više od jedne grupe OH, polihidrični alkoholi.

Navedite naziv funkcionalne grupe - SLEEP. Koju klasu supstanci definiše?

Odgovor: aldehidna grupa, definiše klasu aldehida.

Dajte naziv funkcijama grupi - SLEEP. Koju klasu definiše?

Odgovor: karboksilna grupa, definiše klasu karboksilnih kiselina.

Dajte naziv funkcije grupi - NH2. Koju klasu definiše?

Odgovor: Amino grupa definira klasu amina ili klasu aminokiselina.

Slušamo poruke učenika uz prezentaciju multimedijalnih prezentacija o najjednostavnijim predstavnicima različitih klasa tvari koje sadrže kisik i dušik.

3. Nastupi učenika.

Poruka 1.

Etanol C2H5OH, klasa monohidričnog alkohola, funkcionalna grupa - hidroksilna grupa atoma - OH. Kvalitativna reakcija - interakcija sa bakrenim oksidom (II) sa stvaranjem aldehida. Hemijska svojstva (odabiramo 2 reakcije) - sagorijevanje i interakcija s metalima (Na).

Poruka 2.

Propantriol (glicerol) C3H7 (OH) 3. Klasa - polihidrični alkoholi, funkcionalne grupe - nekoliko hidroksilnih grupa - OH. Kvalitativna reakcija - interakcija sa bakar (II) hidroksidom. Hemijska svojstva - interakcija sa natrijumom i sa hidrogen halogenidima.

laboratorijsko iskustvo:

U epruvetu sipajte oko 1 ml rastvora bakar (II) sumorata i dodajte malo rastvora natrijum hidroksida dok se ne formira plavi talog bakar (II) hidroksida. Dobijenom talogu dodajte kap po kap otopinu glicerina. Promućkajte smjesu. Primećujemo transformaciju plavog taloga u plavi rastvor.

(glicerol + Cu(OH)2 ----- plavi rastvor)

Poruka 3.

Fenol C6H5OH je najjednostavniji član klase fenola.

Funkcionalna grupa je hidroksilna grupa –OH. Kvalitativna reakcija je stvaranje ljubičaste otopine pri interakciji sa željeznim (III) hloridom ili stvaranje bijelog taloga pri interakciji s bromom. Hemijska svojstva: fenol je slaba kiselina, reaguje sa metalima (Na) sa alkalijama (NaOH) i sa bromom.

Poruka 4.

Etanol ili acetaldehid CH3-COH Funkcionalna grupa - COH aldehidna grupa. Klasa - aldehidi. Kvalitativna reakcija je reakcija „srebrnog ogledala“. Hemijska svojstva: reakcija redukcije i reakcija oksidacije.

Laboratorijski eksperiment: demonstracijski eksperiment.

U epruvetu koja sadrži 1 ml aldehida (vodenog rastvora) dodajte nekoliko kapi rastvora amonijaka srebrnog oksida. Zagrevamo epruvetu. Promatramo oslobađanje srebra na zidovima epruvete, staklena površina postaje ogledalo.

Poruka 5.

Etanska kiselina CH3-COOH (octena kiselina). Klasa - karboksilne kiseline. Funkcionalna grupa je COOH karboksilna grupa. Kvalitativna reakcija - lakmusov indikator postaje crven.

Hemijska svojstva: kao i svaka kiselina u interakciji sa metalima (Na), bazičnim oksidima (Na2O), alkalijama (NaOH).

laboratorijsko iskustvo:

Sipajte malo sirćetne kiseline u suhu, čistu epruvetu sa univerzalnim indikatorom. Indikator postaje crven.

Poruka 6.

Glukoza C6H12O6. Klasa - ugljeni hidrati. Funkcionalne grupe: 5-OH i 1-COH, odnosno aldehidni alkohol. Kvalitativne reakcije: interakcija sa bakrenim hidroksidom da bi se formirao plavi rastvor. Reakcija "srebrnog ogledala" sa oslobađanjem srebra na zidovima epruvete. Hemijska svojstva: redukcija do heksahidričnog alkohola, oksidacija do glukonske kiseline, reakcija fermentacije.

Poruka 7.

Anilin C6H5-NH2.

Funkcionalna grupa - NH2 amino grupa. Klasa - amini. Kvalitativna reakcija: interakcija s bromnom vodom sa stvaranjem bijelog taloga. Hemijska svojstva: interakcija sa hlorovodoničnom kiselinom i bromom.

Poruka 8.

Aminoetanska kiselina NH2-CH2-COOH ili aminosirćetna kiselina.

Klasa - aminokiseline. Funkcionalne grupe: - NH2 amino grupa i –COOH karboksilna grupa. Hemijska svojstva: AK - amfoterna jedinjenja; - NH2 daje bazična svojstva, - COOH - kisela svojstva. Stoga se aminokiseline mogu međusobno kombinirati, formirajući proteinske molekule, a proteini su osnova života na našoj planeti.

4. Samoopredeljenje učenika po nivoima samopoštovanja.

Interaktivna tabla: učenici se na času upoznaju sa razvojnom mapom samovrednovanja i označavaju svoj nivo.

1. Mogu odrediti funkcionalnu grupu i najjednostavnijeg predstavnika klase organskih supstanci uz pomoć nastavnika i rezimea (6-7 bodova).

2. Mogu odrediti funkcionalnu grupu, najjednostavniji predstavnik klase organskih supstanci bez pomoći nastavnika i bez pomoći rezimea (8-10 bodova).

3. Mogu odrediti kvalitativnu reakciju i hemijska svojstva supstance uz pomoć nastavnika i bilješki (11-14 bodova).

4. Mogu odrediti kvalitativnu reakciju i hemijska svojstva supstance bez pomoći nastavnika i bez rezimea (15-18 bodova).

Studenti se upoznaju sa sistemom ocjenjivanja zasnovanim na kriterijumima.

Kriteriji:

18 - 15 bodova - "odlično"

bodovi - "dobro"

10 - 6 bodova - "zadovoljavajući"

5 ili manje - "nezadovoljavajuće"

5. Samostalni rad studenata.

6. Sumiranje rezultata na kriterijumski orijentisanom sistemu (objava broja bodova studentima).

7. Domaći zadatak: popunjavanje tabele.