Compuși organici care conțin oxigen și azot. Lucrări de certificare: chimia procesului de hidrogenare distructivă

Test pe tema: „Substanțe organice care conțin oxigen și azot” (gradul 10)

Dragi elevi, acest test este rezultatul studierii temei „ Substanțe organice care conțin oxigen și azot„și afectează marcajul trimestrului. Vi se acordă 40 de minute pentru a o finaliza. În timpul efectuării, este interzisă utilizarea manualului, materialelor de referință și Inttrnet.

Vă doresc succes!

1. Atomul de hidrogen din moleculă are cea mai mare activitate

2. Interacționați unul cu celălalt

3. Nu interacționațiîntre ei

4. Acidul acetic poate reacționa cu oricare dintre cele două substanțe

5. Următoarele judecăți despre proprietățile acidului acetic sunt adevărate?

1. Acidul acetic nu reacționează cu carbonatul de sodiu.

2. Soluția de acid acetic conduce curentul electric.

6. Reacția de deshidratare este posibilă pt

7. Hidroxidul de sodiu va reacționa cu

9. Produsul de oxidare al propanolului nu poate fi

10. Când s-au încălzit 57,5 ​​g de etanol cu ​​acid sulfuric concentrat, s-au format doi compuși organici A și B, substanța A, un gaz, poate decolora 100 g dintr-o soluție 40% de brom în tetraclorură de carbon. Substanța B este un lichid cu punct de fierbere scăzut. Determinați compușii rezultați A și B, calculați și volumul lui A (la zero) și masa lui B, presupunând că etanolul a reacționat complet.

Cheile testului

10. 5,6 l etenă și 37 g dietil eter

Compușii heteroorganici (conținând sulf, oxigen și azot) de diferite structuri și greutăți moleculare sunt prezenți în diferite proporții în distilat și fracțiile reziduale ale uleiului. Este deosebit de dificil să se studieze natura și compoziția compușilor heteroorganici cu molecul mare, a căror parte principală sunt substanțe rășină-asfaltenă. Datorită perechilor singure de electroni, heteroatomii de sulf, oxigen și azot sunt capabili să acționeze ca un centru de coordonare în formarea de asociați în sistemele petroliere.

Compuși ai sulfului aparțin grupului cel mai reprezentativ de componente heteroatomice a sistemelor de gaz condensat și ulei. Conținutul total de sulf din sistemele de petrol și gaze variază foarte mult: de la sutimi de procent la 6-8% (greutate) sau mai mult. Un conținut ridicat de sulf total este tipic pentru condensatele gazoase din Astrakhan, Karachaganak (0,9%) și alte câmpuri. Conținutul de compuși care conțin sulf din unele uleiuri ajunge la 40% (greutate) și mai mult, în unele cazuri uleiul este compus aproape în întregime din aceștia. Spre deosebire de alți heteroatomi, care sunt concentrați predominant în CAB, o proporție semnificativă de sulf este conținută în fracțiunile distilate. De regulă, conținutul de sulf în fracțiile de curgere directă crește pe măsură ce punctul lor de fierbere și conținutul total de sulf al uleiului inițial crește.

Cantități minore de compuși anorganici care conțin sulf (sulf elementar și hidrogen sulfurat) sunt prezenți în sistemele de petrol și gaze, de asemenea, se pot forma ca produse secundare ale descompunerii altor compuși care conțin sulf la temperaturi ridicate în timpul proceselor de distilare și procesare distructivă. Dintre compușii care conțin sulf găsiți în petrol, au fost identificați următorii (conform Institutului de Chimie a Petrolului, Filiala Tbilisi, Filiala Siberiană, Academia Rusă de Științe).

1. Tioli alifatici, aliciclici și aromatici (mercaptani) 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

arenoalcanotioli tionaftoli

2. Tioesteri (sulfuri) din următoarele tipuri principale:

R-S-R" C6H5-S-C6H5

tiaalcani, tiaalchene, tiaalchine diaril sulfuri

tiacicloalcani alchilaril sulfuri ariltiaalcani

(R, R" - substituenți hidrocarburi alifatice saturate și nesaturate).

3. Disulfuri de dialchil R-S-S-R", unde R, R" sunt substituenţi alchil, cicloalchil sau arii.

4. Tiofeni și derivații lor, dintre care cei mai importanți sunt următorii arenotiofeni:

alchilbenzotiofeni alchilbenzoneftotiofeni alchildibenzotiofenii

Distribuția diferitelor grupe de compuși care conțin sulf în uleiuri și în fracții petroliere este supusă următoarelor modele.

Tiolii se găsesc în aproape toate țițeiurile, de obicei în concentrații mici și constituie 2-10% (greutate) din conținutul total de compuși care conțin sulf. Condensatele gazoase conțin în principal mercaptani alifatici C 1 -C h. Unele uleiuri și condensate de gaze și fracțiunile lor sunt concentrate naturale de mercaptani, dintre care exemple sunt fracțiunile de benzină ale câmpului Caspic super-gigant; fracția 40-200°C de condensat gazos din zăcământul Orenburg, care conține 1,24% (greutate) sulf total, inclusiv 0,97% mercaptan; fracțiune ușoară de kerosen 120-280°C de ulei Tengiz, care conține 45-70% sulf mercaptan din conținutul total de compuși care conțin sulf. În același timp, rezervele de tioli naturali din materiile prime de hidrocarburi din regiunea Caspică corespund nivelului producției lor globale prin mijloace sintetice. Tiolii naturali sunt materii prime promițătoare pentru sinteza pesticidelor (pe baza de triazine simetrice) și odorizarea gazelor lichefiate. Cererea prospectivă a Rusiei de tioli pentru odorizare este în prezent de 6 mii de tone/an.

Tioesterii reprezintă până la 27% din cantitatea de compuși care conțin sulf din țiței și până la 50% în fracțiunile medii în uleiurile grele de vid, conținutul de sulfuri este mai scăzut. Metodele de izolare a sulfurilor de petrol se bazează pe capacitatea lor de a forma compuși complecși de tip donor-acceptor datorită transferului perechii de electroni singure a atomului de sulf pe orbitalul liber al acceptorului. Halogenurile metalice, haloalchilul și halogenii pot acționa ca acceptori de electroni. Reacțiile de complexare cu sulfuri de petrol, din păcate, nu au loc selectiv; Alte componente heteroatomice ale uleiului pot lua parte și la formarea complexelor.

Nu s-au găsit disulfuri de dialchil în uleiurile brute, ele se formează de obicei în timpul oxidării mercaptanilor în condiții blânde și, prin urmare, sunt prezente în benzină (până la 15%). Ponderea principală a compușilor care conțin sulf din uleiuri este așa-numitul sulf „rezidual”, care nu este determinat prin metode standard. Compoziția sa este dominată de tiofeni și derivații acestora, așa că anterior sulful „rezidual” era numit „tiofen”, dar folosind spectrometria de masă cu ioni negativi, în el s-au descoperit sulfoxizi, sulfone și disulfan nedetectați anterior. În fracțiile de benzină conținutul de derivați de tiofen este scăzut în fracțiile cu punct de fierbere mediu și mai ales înalt atinge 50-80% din totalul compușilor care conțin sulf. Conținutul relativ al derivaților de tiofen, de regulă, coincide cu gradul de aromaticitate al sistemului petrolier. Dificultățile care apar la izolarea compușilor care conțin sulf (în special din fracțiile cu punct de fierbere ridicat) sunt cauzate de similitudinea proprietăților chimice ale arenelor și tiofenilor. Asemănarea comportamentului lor chimic se datorează aromaticității tiofenilor, care apare ca urmare a includerii unui heteroatom de sulf în sistemul de electroni π înainte de sextetul aromatic. Consecința acestui lucru este tendința crescută a tiofenilor din petrol de a suferi interacțiuni intermoleculare intense.

Compuși care conțin oxigen conținute în sistemele de ulei de la 0,1-1,0 până la 3,6% (greutate). Odată cu creșterea punctului de fierbere al fracțiilor distilate, conținutul acestora crește, iar cea mai mare parte a oxigenului este concentrată în substanțe rășină-asfaltenică. Uleiurile și distilatele conțin până la 20% sau mai mulți compuși care conțin oxigen.

Printre acestea, se disting în mod tradițional substanțele de natură acidă și neutră. Componentele acide includ acizi carboxilici și fenoli. Compușii neutri care conțin oxigen sunt reprezentați de cetone, anhidride și amide acide, esteri, derivați furani, alcooli și lactone.

Prezența acizilor în uleiuri a fost descoperită cu mult timp în urmă datorită activității lor chimice ridicate în comparație cu hidrocarburile. Istoria descoperirii lor în petrol este următoarea. La producerea kerosenului de înaltă calitate pentru iluminat, acesta a fost tratat cu alcali (purificare acido-bazică) și s-a observat formarea de substanțe cu capacitate mare de emulsionare. Ulterior, s-a dovedit că emulgatorii sunt săruri de sodiu ale acizilor conținute în fracțiile distilate. Extracția cu soluții apoase și alcoolice de alcaline este încă o metodă clasică de extracție a componentelor acide din uleiuri. În prezent, metodele de izolare a acizilor și fenolilor se bazează și pe interacțiunea grupărilor lor funcționale (carboxil și hidroxil) cu un anumit reactiv.

Acizii carboxilici sunt cea mai studiată clasă de compuși ai petrolului care conțin oxigen. Conținutul de acizi petrolieri pe fracțiuni variază în funcție de o dependență extremă, maximul căruia, de regulă, se încadrează pe fracțiile uleioase ușoare și medii. Au fost identificate diferite tipuri de acizi petrolieri folosind cromatografie-spectrometrie de masă. Cele mai multe dintre ele sunt monobazice (RCOOH), unde R poate fi aproape orice fragment de hidrocarburi și compuși heteroorganici ai petrolului. S-a remarcat de mult timp că compozițiile de grup de acizi și uleiuri corespund între ele: acizii alifatici predomină în uleiurile metanice, acizii naftenic și naftenoaromatic predomină în uleiurile naftenice. S-au descoperit acizi alifatici de la C 1 la C 25 cu structură liniară și unii cu structură ramificată. Mai mult, în acizii petrolieri raportul dintre acizii n-alcanoici și ramificati coincide cu raportul hidrocarburilor corespunzătoare din uleiuri.

Acizii alifatici sunt reprezentați în primul rând de acizi n-alcanoici. Dintre acizii ramificati, cei care conțin un substituent metil în lanțul principal sunt mai des întâlniți. Toți izomerii inferiori de acest tip se găsesc în uleiuri, până la C7. Un alt grup important de acizi alifatici sunt acizii cu structură izoprenoidă, printre care predomină pristanic (C 19) și fitanic (C 20).

Acizii petroliferi aliciclici (naftenici) sunt acizi monociclocarboxilici - derivați ai ciclopentanului și ciclohexanului; cele policiclice pot conține până la 5 inele (date pentru uleiul din California). Grupările COOH din moleculele de acid monociclic sunt conectate direct la inel sau sunt situate la capătul substituenților alifatici. Într-un inel pot exista până la trei (cel mai adesea metil) substituenți, dintre care pozițiile cele mai comune sunt 1, 2; 13; 1, 2, 4; 1, 1, 3 și 1, 1, 2, 3.

Moleculele de acizi tri-, tetra- și pentaciclici izolate din uleiuri sunt construite în principal din cicluri ciclohexan condensate împreună.

S-a stabilit prezența acizilor naftenici hexaciclici cu inele ciclohexanice în uleiuri. Acizii aromatici din uleiuri sunt reprezentați de acidul benzoic și derivații săi. Multe serii omoloage de acizi naftenoaromatici policiclici au fost descoperite în uleiuri, iar acizii steroizi monoaromatici au fost identificați în uleiul Samotlor.

Din compuși care conțin oxigen, petrol acizii se caracterizează prin cea mai mare activitate de suprafață. S-a stabilit că activitatea de suprafață atât a uleiurilor cu conținut scăzut de rășină, cât și a uleiurilor cu conținut ridicat de rășină scade semnificativ după îndepărtarea componentelor acide (acizi și fenoli) din acestea. Acizii puternici iau parte la formarea asociaților de ulei, așa cum se arată studiind proprietățile lor reologice.

Fenolii au fost studiati mult mai rău decât acizii. Conținutul lor în uleiuri din câmpurile din Siberia de Vest variază între 40 și 900 mg/l. În uleiurile din Siberia de Vest, concentrațiile de fenoli cresc de ordinul C6<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.

În compușii neutri ai uleiurilor californiane care conțin oxigen, s-au găsit toate cele mai simple alchil cetone C3-C6, acetofenona și derivații săi nafteno-și arenă, fluorenona și cei mai apropiați omologi ai săi. Randamentul concentratului de cetone din uleiul Samotlor, constând în principal din dialchil cetone, este de 0,36%, în timp ce gradul de extracție a cetonelor este de doar 20%, ceea ce indică prezența cetonelor cu greutăți moleculare mari care nu pot fi extrase prin această metodă. La studierea cetonelor din uleiurile din Siberia de Vest, s-a constatat că acestea conțin cetone C 19 -C3 2, cu cetone alifatice predominând în uleiurile metanice, iar cu substituenți ciclanici și aromatici în uleiurile naftenice.

Se poate presupune că uleiurile conțin alcooli în stare liberă, atunci când sunt legate, fac parte din esteri. Dintre compușii heteroorganici ai petrolului, tendința compușilor care conțin oxigen de a suferi interacțiuni intermoleculare intense este cea mai studiată.

Studiul compușilor care conțin azot este posibil în două moduri - direct în țiței și după izolarea și separarea acestora. Prima modalitate face posibilă studierea compușilor care conțin azot într-o stare apropiată de cea naturală, cu toate acestea, este posibil să apară erori vizibile din cauza concentrației scăzute a acestor compuși. A doua modalitate face posibilă reducerea unor astfel de erori, dar în procesul de expunere chimică la ulei în timpul separării și izolării, este posibilă o schimbare a structurii lor. S-a stabilit că compușii care conțin azot din ulei sunt reprezentați predominant de compuși ciclici. Compușii alifatici care conțin azot se găsesc numai în produsele de rafinare distructivă a petrolului, în care se formează ca urmare a distrugerii heterociclurilor de azot.

Toți compușii petrolului care conțin azot sunt, de regulă, derivați funcționali ai arenelor și, prin urmare, au o distribuție a greutății moleculare similară acestora. Cu toate acestea, spre deosebire de arene, compușii care conțin azot sunt concentrați în fracțiuni de ulei cu punct de fierbere ridicat și sunt parte integrantă a CAB. Până la 95% din atomii de azot prezenți în ulei sunt concentrați în rășini și asfaltene. S-a sugerat că în timpul izolării rășinilor și asfaltenelor, chiar și compușii care conțin azot cu greutate moleculară relativ mică coprecipitează cu aceștia sub formă de complexe donor-acceptor.

În conformitate cu clasificarea acido-bazică general acceptată compușii care conțin azot sunt împărțițipe baze azotate şi compuşi neutri.

Baze care conțin azot sunt, aparent, singurii purtători de proprietăți de bază dintre componentele sistemelor petroliere. Proporția de baze azotate din uleiul titrat cu acid percloric într-un mediu de acid acetic variază de la 10 la 50%. În prezent, în uleiuri și produse petroliere au fost identificați peste 100 de analogi condensați în alchil și arenă ai piridinei, chinolinei și altor baze.

Compușii puternic bazici care conțin azot sunt reprezentați de piridine și derivații lor:

Compușii care conțin azot slab bazici includ aniline, amide, imide și derivați N-cicloalchil care au grupări alchil, cicloalchil și fenil ca substituenți pe ciclul pirol:

Compușii neutri care conțin azot care nu conțin heteroatomi alții decât atomul de azot în moleculele lor și sunt izolați din ulei includ indoli, carbazoli și derivații lor naftenici și care conțin sulf:

Când izolați, compușii neutri care conțin azot formează asociații cu compușii care conțin oxigen și sunt extrași împreună cu bazele care conțin azot.

Alături de cei monofuncționali menționați, în uleiuri au fost identificați următorii compuși care conțin azot:

1. Poliaromatic cu doi atomi de azot în moleculă:

2. Compuși cu doi heteroatomi (azot și sulf) într-un singur ciclu - tiazoli și benzotiazoli și omologii lor alchil și naftenici:

3. Compuși cu doi heteroatomi de azot și sulf în cicluri diferite: alchil-, cicloalchilindoli și carbazoli cu conținut de tiofen.

4. Compuși cu o grupare carbonil într-un heterociclu care conține azot, cum ar fi piperidoanele și chinolonele:

5. Porfirine. Structura porfirinelor, care sunt compuși complecși cu vanadil VO, nichel și fier, va fi discutată mai jos.

Importanța compușilor de ulei care conțin azot ca agenți tensioactivi naturali este foarte mare, ei, împreună cu CAB, determină în mare măsură activitatea de suprafață la interfețele lichide și capacitatea de umectare a uleiului la interfețele rocă-ulei, metal-ulei. Compușii care conțin azot și derivații acestora - piridine, hidroxipiridine, chinoline, hidroxichinoline, imidazoline, oxazoline etc. - sunt agenți tensioactivi naturali solubili în ulei care au proprietăți inhibitoare împotriva coroziunii metalelor în timpul producției, transportului și rafinării petrolului. Astfel de compuși ai petrolului care conțin azot, cum ar fi omologii pirolului, indolului, carbazolului, tiazolilor și amidelor, sunt caracterizați prin proprietăți de suprafață mai slabe.

Substanțe rășino-asfaltate (TAXI). Una dintre cele mai reprezentative grupuri de compuși heteroorganici ai petrolului cu greutate moleculară mare este CAB. Trăsăturile caracteristice ale CAB - greutăți moleculare semnificative, prezența diferitelor heteroelemente în compoziția lor, polaritate, paramagnetism, înclinație mare pentru rezonanță magnetică și asociere, polidispersitate și manifestarea proprietăților pronunțate de dispersie coloidal - au contribuit la faptul că metodele de obicei utilizate în analiză s-au dovedit a fi nepotrivite studiului lor componente cu punct de fierbere scăzut. Ținând cont de specificul obiectului studiat, Sergienko S.R. Cu mai bine de 30 de ani în urmă, el a evidențiat chimia compușilor petrolieri cu molecul înalt ca o ramură independentă a chimiei petrolului și a adus o contribuție majoră la dezvoltarea acesteia cu lucrările sale fundamentale.

Până în anii 60-70, cercetătorii au determinat caracteristicile fizico-chimice ale CAB (unele dintre ele sunt date în Tabelul 2.4) și au încercat să prezinte formula structurală a moleculei medii de asfaltene și rășini pe baza datelor de analiză structurală instrumentală.

Încercări similare se fac astăzi. Valorile compoziției elementare, greutăților moleculare medii, densității, solubilității etc. pentru probele CAB de diferite uleiuri autohtone și străine, variind în limite semnificative, reflectă diversitatea uleiurilor naturale. Majoritatea heteroelementelor prezente în ulei și aproape toate metalele sunt concentrate în rășini și asfaltene.

Azotul din CAB se găsește predominant în fragmente heteroaromatice de tip piridină (bază), pirol (neutru) și porfirină (complex metalic). Sulful face parte din heterocicluri (tiofen, tiaciclan, tiazol), grupări tiol și punți de sulfură care reticulă moleculele. Oxigenul din rășini și asfaltene se prezintă sub formă de grupări hidroxil (fenolice, alcoolice), carboxil, eter (lactonă simplă, complexă), carbonil (cetonă, chinonă) și inele furanice. Există o anumită corespondență între greutatea moleculară a asfaltenelor și conținutul de heteroelemente (Fig. 2.2).

Să caracterizăm nivelul actual de idei despre CAB. Yen observă natura universală a asfaltenelor ca constituent al surselor naturale de carbon, nu numai caustobioliți (benzini și combustibili solizi), ci și roci sedimentare și meteoriți.

Conform clasificării resurselor naturale cu bază de hidrocarburi propusă de Abraham, uleiurile le includ pe cele care conțin până la 35-40% (greutate) CAB, iar asfalturile și bitumurile naturale conțin până la 60-75% (greutate) CAB, conform altor date - până la 42-81%. Spre deosebire de componentele mai ușoare ale uleiului, criteriul de clasificare a acestora în grupurile lor a fost similaritatea structurii lor chimice, criteriul de combinare a compușilor într-o clasă numită CAB este asemănarea lor în solubilitatea într-un anumit solvent. Când uleiul și reziduurile de ulei sunt expuse la cantități mari de eter de petrol și alcani cu punct de fierbere scăzut, substanțe numite asfaltene, care sunt solubile în arene inferioare și solvatarea altor componente - maltene, constând dintr-o parte de hidrocarbură și rășini.

Schemele moderne de separare a petrolului greu se bazează pe tehnici clasice propuse pentru prima dată de Markusson. Substanțele insolubile în disulfură de carbon și alți solvenți sunt clasificate ca carboizi. Se numesc substanțele care sunt solubile numai în disulfură de carbon și precipitate de tetraclorura de carbon carbene. Carboizi și carbeni, de regulă, se găsesc în compoziția produselor grele de rafinare distructivă a petrolului într-o cantitate de câteva procente și vor fi discutate separat mai jos. Ele sunt practic absente în compoziția țițeiului și în reziduurile de rafinare primară a petrolului.

Proprietățile asfaltenelor izolate depind și de solvent. O consecință a diferențelor de natură și proprietăți ale solvenților este că greutatea moleculară a asfaltenelor din uleiurile arabe atunci când sunt dizolvate în benzen este în medie de 2 ori mai mare decât în ​​tetrahidrofuran. (Tabelul 2. 5).

Tabelul 2.5

Solvent Solvent Parametrul dielectric Moment dipol, Dpermeabilitate permeabilitate

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

În procesul de dezvoltare a ideilor despre structura și natura CAB-urilor petroliere, se pot distinge două etape principale, conectate prin ideea generală a unei structuri coloidal-disperse, dar care diferă în abordarea metodologică a evaluării structurii unui singur element. a structurii coloidale. La prima etapă - etapa ideilor chimice despre structura moleculelor CAB - a fost utilizată o abordare chimică standard pentru a identifica structura unui compus necunoscut. După stabilirea masei moleculare, compoziției elementare și formulei brute a moleculelor de rășini și asfaltene, C n H 2 n - z N p S g O r . Valoarea z a fost apoi calculată. Pentru rășini a fost 40-50, pentru asfaltene - 130-140. Un exemplu tipic de rezultate ale unor astfel de studii pentru mostre CAB din diferite uleiuri autohtone și străine este prezentat în tabel. 2.4. (vezi tabelul 1.4). După cum se poate observa, asfaltenele diferă de rășinile din aceeași sursă printr-un conținut mai mare de carbon și metale și o proporție mai mică de hidrogen, dimensiuni mai mari ale miezurilor poliaromatice, precum și o lungime medie mai mică a substituenților alifatici mari și un număr mai mic de fragmente aciclice condensate direct cu miezuri aromatice.

A doua etapă poate fi caracterizată ca etapa de dezvoltare a ideilor fizice despre structura asfaltenelor și analiza motivelor care determină tendința de asociere a asfaltenelor. Într-adevăr, o explicație a dependenței greutății moleculare de condițiile de determinare (a se vedea tabelul 2.5), precum și a dependenței sale liniare de dimensiunea particulelor de asfalten (Fig. 1.5), a devenit posibilă în cadrul unor idei noi calitativ despre structură. a asfaltenelor.

În 1961 T. Yen a propus așa-numitul model de stivă al structurii asfaltenelor de tip „plate to plate”. Modelul sa bazat nu pe necesitatea ca acesta să corespundă parametrilor structurali calculați ai compoziției asfaltenelor, ci pe posibilitatea fundamentală de orientare paralelă plană a fragmentelor poliaromatice ale diferitelor molecule. Combinația lor ca urmare a interacțiunilor intermoleculare (π - π, donor-acceptor etc.) are loc odată cu formarea de structuri de stivuire stratificată (termenul „stivuire” este adoptat în biologia moleculară pentru a desemna un aranjament asemănător stivei de molecule unul de mai sus. celălalt).

Orez. 2.5. Corelația dintre dimensiunea particulelor de asfalten (D) și greutatea lor moleculară (M)

Conform modelului lui Yen bazat pe datele de difracție de raze X, asfaltenele au o structură cristalină și sunt structuri de stivuire cu un diametru de 0,9-1,7 nm din 4-5 straturi distanțate la 0,36 nm. Dimensiunea structurilor de stivuire normală cu planul plăcilor aromatice este de 1,6-2,0 nm (Fig. 2.6). Liniile drepte arată molecule poliaromatice plate, iar liniile întrerupte arată fragmente saturate de molecule. Fragmentele poliaromatice sunt reprezentate de nuclee relativ mici, cel mai adesea nu mai mult decât tetraciclice. Dintre fragmentele alifatice, cele mai comune sunt grupările alchil scurte C1-C5, în primul rând metil, dar sunt prezenți și alcani ramificati liniari care conțin 10 atomi de carbon sau mai mulți. Moleculele CAB conțin și structuri policiclice saturate cu 1-5 inele condensate, în principal biciclani.

În cadrul modelului lui Yen, dependența menționată mai sus a greutății moleculare a asfaltenelor de condițiile de izolare și de natura solventului este ușor explicată printr-o asociere care presupune mai multe niveluri de organizare structurală a asfaltenelor: o stare dispersată molecular ( I), în care asfaltenele se găsesc sub formă de straturi separate; stare coloidală (II), care este rezultatul formării structurilor de stivuire cu dimensiuni caracteristice; o stare dispersă stabilă cinetic (III), care apare în timpul agregării structurilor de stivuire, și o stare dispersată instabilă cinetic (IV), însoțită de eliberarea unui precipitat.

Orez. 2.6. Modelul lui Jen al structurii asfaltenelor

Mulți cercetători moderni aderă la modelul structurii pachetului de asfalten. Unger F.G. a exprimat un punct de vedere original asupra procesului de apariție și existență a CAB în petrol. Uleiurile și sistemele de ulei care conțin CAB, în opinia sa, sunt soluții asociate paramagnetice labile termodinamic. Miezurile asociate unor astfel de soluții sunt formate din asfaltene, în care sunt localizați radicali liberi stabili, iar straturile de solvatare din jurul miezurilor constau din molecule de rășină diamagnetică. Unele molecule de rășină diamagnetică sunt capabile să treacă la o stare de triplet excitat și să sufere hemoliză. Prin urmare, rășinile sunt o potențială sursă de asfaltene, ceea ce explică ceea ce a remarcat L.G. ușurința transformării rășinilor în asfaltene.

Deci, noutatea ideilor prezentate este asociată cu afirmarea rolului special al interacțiunilor de schimb în explicarea naturii CAB. Spre deosebire de modelul de explozie, ideea unei structuri simetrice central a particulei CAB este în curs de dezvoltare. A fost postulat pentru prima dată de D. Pfeiffer și R. Saal, care au propus un model static pentru structura unității structurale de asfaltene. Potrivit acesteia, miezul unității structurale este format din hidrocarburi policiciclice cu greutate moleculară mare și este înconjurat de componente cu un grad de aromaticitate în scădere treptat. Neumann G. a subliniat că este benefic din punct de vedere energetic să transformăm grupurile polare în unitatea structurală, iar radicalii de hidrocarburi spre exterior, ceea ce este în acord cu regula de egalizare a polarității conform lui Rehbinder.

Porfirine sunt exemple tipice de compuși nativi ai petrolului. Porfirine cu vanadiu ca centru de coordonare (sub formă de vanadil) sau nichel (vezi 11). Porfirinele vanadil de petrol sunt în principal omologi ai două serii: porfirine substituite cu alchil cu un număr total diferit de atomi de carbon în substituenții laterali ai inelului porfin și porfirine cu un inel ciclopenten suplimentar. Complexele de porfirine metalice sunt prezente în bitumurile naturale până la 1 mg/100 g, iar în uleiurile cu vâscozitate mare - până la 20 mg/100 g ulei. La studierea naturii distribuției complexelor de porfirine metalice între componentele TVA folosind metode de extracție și cromatografie pe gel, s-a constatat că 40% din porfirinele vanadil sunt concentrate în particule dispersate (aproximativ egal în compoziția miezului și a stratului de solvație) , iar restul acestora și porfirinele de nichel sunt conținute în mediul dispersat.

Porfirinele vanadil din asfaltene au o contribuție semnificativă la activitatea de suprafață a uleiurilor, în timp ce activitatea intrinsecă de suprafață a asfaltenelor este scăzută. Astfel, un studiu al uleiurilor din Bașkiria a arătat că tensiunea superficială a uleiurilor la interfața cu apa se corelează puternic cu conținutul de vanadil porfirine din acestea, în timp ce coeficientul de corelație cu conținutul de asfalten din acestea este relativ scăzut (Fig. 2.7). .

Influența metalporfirinelor asupra structurii dispersate a petrolului și a condițiilor pentru tranzițiile de fază în sistemele petroliere a fost studiată într-o măsură mai mică. Există dovezi ale impactului lor negativ, împreună cu alte componente heteroatomice, asupra proceselor catalitice de rafinare a petrolului. În plus, ele ar trebui să influențeze puternic cinetica și mecanismul tranzițiilor de fază în SSS.

Orez. 2.7. Izoterme ale tensiunii interfaciale a la limita cu apa:

a - soluţii benzenice de asfaltene: 1- asfaltene cu porfirine; 2-5 - asfaltenele ca porfirine sunt îndepărtate după una, cinci, șapte, respectiv treisprezece extracții; b - uleiuri din Bashkiria

Substanțele organice sunt o clasă de compuși care conțin carbon (cu excepția carburilor, carbonaților, oxizilor de carbon și cianurilor). Numele „compuși organici” a apărut într-un stadiu incipient în dezvoltarea chimiei, iar oamenii de știință vorbesc de la sine... Wikipedia

Unul dintre cele mai importante tipuri de compuși organici. Conțin azot. Acestea conțin o legătură carbon-hidrogen și azot-carbon în moleculă. Uleiul conține un heterociclu care conține azot, piridină. Azotul face parte din proteine, acizi nucleici și... ... Wikipedia

Compușii organogermaniului sunt compuși organometalici care conțin o legătură germaniu-carbon. Uneori se referă la orice compuși organici care conțin germaniu. Primul compus organogerman, tetraetilgerman, a fost... ... Wikipedia

Compușii organosiliciului sunt compuși în moleculele cărora există o legătură directă siliciu-carbon. Compușii organosiliciului sunt uneori numiți siliconi, de la numele latin pentru siliciu, siliciu. Compuși organosilici... ...Wikipedia

Compușii organici, substanțele organice sunt o clasă de compuși chimici care conțin carbon (cu excepția carburilor, acidului carbonic, carbonaților, oxizilor de carbon și cianurilor). Cuprins 1 Istorie 2 Clasa ... Wikipedia

Compușii organometalici (MOC) sunt compuși organici în ale căror molecule există o legătură între un atom de metal și un atom/atomi de carbon. Cuprins 1 Tipuri de compuși organometalici 2 ... Wikipedia

Compușii organohalogenați sunt substanțe organice care conțin cel puțin o legătură halogen de carbon C Hal. Compușii organohalogenați, în funcție de natura halogenului, sunt împărțiți în: Compuși organofluorinați;

Compușii organometalici (MOC) sunt compuși organici în ale căror molecule există o legătură între un atom de metal și un atom/atomi de carbon. Cuprins 1 Tipuri de compuși organometalici 2 Metode de preparare ... Wikipedia

Compușii organici în care este prezentă o legătură staniu-carbon pot conține atât staniu divalent, cât și tetravalent. Cuprins 1 Metode de sinteză 2 Tipuri 3 ... Wikipedia

- (heterocicluri) compuși organici care conțin cicluri, care, alături de carbon, includ și atomi ai altor elemente. Pot fi considerați compuși carbociclici cu heterosubstituenți (heteroatomi) în inel. Cele mai multe... ... Wikipedia

Azotul, ca și oxigenul, se găsește adesea în materia organică, iar compușii săi sunt esențiali pentru organismele vii.

Compușii care conțin azot sunt mai diverși decât cei care conțin oxigen. Acest lucru se datorează faptului că azotul are o valență mai mare și, în același timp, are trei stări hibride, precum atomul de carbon. Compușii cu o singură legătură C-N se numesc amine, cu o legătură dublă C=N - imine, iar cu o legătură triplă C=K - nitrili.

O diferență semnificativă între azot și oxigen este că azotul poate intra în compuși organici atât în ​​stare redusă, cât și în stare oxidată. Electronegativitatea azotului (x = 3,0) este mai mare decât cea a carbonului (x = 2,5) și mai mică decât cea a oxigenului (x = 3,5). Dacă azotul este legat de carbon și hidrogen, atunci starea sa de oxidare este -3. În compușii care conțin gruparea nitro -G) 2, azotul este asociat cu oxigenul și carbonul și se află în starea de oxidare +3. Compușii organici cu azot oxidat conțin un aport intern de agent oxidant. Dacă există mai multe grupări nitro în moleculă, compusul devine exploziv. Substanțele de acest tip includ 2,4,6-trinitrotoluen (TNT).

Azotul redus conferă compușilor organici aceleași proprietăți ca și oxigenul: polaritate, bazicitate și aciditate, capacitate

formează legături de hidrogen. Cu toate acestea, polaritatea compușilor care conțin azot este mai mică, iar legăturile de hidrogen sunt mai slabe decât cele ale compușilor care conțin oxigen. Prin urmare, conform unor proprietăți fizice, aminele sunt între hidrocarburi și alcooli. În timp ce toți alcoolii sunt lichide în condiții normale, unele amine sunt gaze:

Azotul este capabil vr 3-hibridarea este un bun donator de perechi de electroni. Prin urmare, după cum știm deja, aminele prezintă proprietăți de bază destul de puternice. Într-o măsură mai mică, proprietăţile donorului sunt exprimate în azot în starea de hibridizare $p2. Proprietățile acide ale compușilor organici care conțin azot sunt mult mai slabe decât cele care conțin oxigen. Dar cu participarea electronilor de azot în conjugarea cu electronii și carbonul, apar proprietăți acide.

Una dintre clasele de substanțe care conțin azot - amine. Acesta este numele dat substanțelor organice care conțin azot în care atomul de azot este combinat cu radicali de hidrocarburi și numărul corespunzător de atomi de hidrogen. În funcție de numărul de radicali există:

• - amine primare NMN 2;
• - amine secundare KI/UN;
• - amine terţiare KK"K"Y.

Trebuie remarcat faptul că conceptele de amine primare, secundare și terțiare nu coincid cu conceptele corespunzătoare pentru alcooli.

Există serii omoloage de amine saturate, nesaturate și aromatice. Există, de asemenea, o diferență de terminologie atunci când se compară alcoolii și aminele. În alcoolii aromatici, gruparea hidroxo trebuie să fie legată de un atom de carbon în radical și nu în inelul aromatic. În cazul compușilor care conțin azot, o substanță cu o grupare NH2 asociată cu inelul aromatic este de asemenea considerată o amină.

Aminele cu greutate moleculară mică sunt substanțe lichide sau gazoase care sunt foarte solubile în apă. Au un miros neplăcut, care amintește de amoniac. Mirosul specific al peștelui este asociat și cu prezența aminelor. Aminele superioare prezintă aceleași caracteristici care au fost observate pentru alcooli și acizi - solubilitatea în apă scade și apare activitatea de suprafață.

Prepararea aminelor. Una dintre metodele de producere a aminelor este similară cu producerea de alcooli. Acestea sunt reacții ale hidrocarburilor halogenate cu amoniac, care au loc prin mecanismul substituției nucleofile:

Amina aici nu poate fi un produs direct al reacției, deoarece acidul clorhidric rezultat reacționează cu ea ca bază.

dând sarea aminei. Pentru a evidenția gratuit amină, sarea rezultată este tratată cu alcali:

Derivatul halogen al hidrocarburii reacţionează nu numai cu amoniacul, ci şi cu amina primară. În acest caz, se formează o amină secundară, iar în etapa următoare - o amină terțiară:

Aminele se obțin și prin hidrogenarea nitrililor:

Aminele aromatice se obțin prin reducerea compușilor nitro. Metalele sunt utilizate ca agenți reducători într-un mediu acid:

Această amină aromatică se numește anilină. Reacția de reducere a compușilor nitro a fost descoperită de N. N. Zinin în 1842. În industrie, nitrobenzenul este redus cu hidrogen pe un catalizator de nichel la ~300°C. Anilina a devenit un produs intermediar foarte important folosit pentru producerea de coloranți, polimeri, medicamente etc. Producția mondială de anilină este de peste 1 milion de tone pe an.

Proprietățile chimice ale aminelor. Aminele se numără printre substanțele care pot arde cu formarea de CO 2 , H 2 0 și azot N 2.

Ca baze, aminele sunt similare cu amoniacul, din care sunt produse prin înlocuirea hidrogenului cu radicali de hidrocarburi. Acești radicali afectează rezistența bazelor. Efectele efectelor inductive și mezorice asupra proprietăților de bază sunt în general opuse efectelor lor asupra proprietăților acide. Alcoolii saturați sunt mai slabi în proprietăți acide decât apa, iar aminele saturate sunt mai puternice în proprietăți bazice decât amoniacul; fenolii sunt mult mai puternici în proprietăți acide decât alcoolii, iar anilina în proprietățile bazice este mult mai slabă decât aminele saturate.

În aminele saturate, efectul +/- al radicalului crește densitatea electronilor asupra azotului, astfel încât capacitatea azotului de a dona o pereche de electroni pentru a forma o legătură donor-acceptor crește. În anilină, perechea de electroni de azot participă la conjugarea cu electroni aromatici TT și devine mai puțin accesibilă pentru formarea unei legături donor-acceptor. Prin urmare, substanțele sunt aranjate în următorul rând în funcție de slăbirea proprietăților lor de bază:

amine saturate > NH 3 > amine aromatice.

Exemplul 22.15. În ce direcție este deplasat echilibrul reacției dintre etilamină și clorhidratul de anilină?

Soluţie. Etilamina este o bază mai puternică decât anilina. Prin urmare, echilibrul este deplasat către formarea anilinei:

Aminele ca baze reacţionează cu ionii metalici pentru a forma compuşi complecşi. Ionul metalic acționează ca acceptor pentru perechea de electroni de azot, ca în cazul reacțiilor cu amoniacul. Sunt cunoscuți o mulțime de compuși metalici complecși (bloc I cu diverse amine) La amestecarea soluțiilor de sulfat de cupru și metilamină, se formează o soluție intens colorată de o nuanță albastră mai pură decât în ​​cazul reacției cu amoniacul (paragraful 210). ):

diaminele de tip rIII 2 CH 2 CH 2 1H 2 dau complecși mai puternici decât monoaminele, deoarece fiecare moleculă are doi atomi de azot donor și este atașată prin două legături donor-acceptor.

Amine primare sub acțiunea acidului azot (sau a nitritului de sodiu în mediu acid) dezaminat, transformarea in alcooli:

În aminele primare și secundare, hidrogenul grupării amino este înlocuit cu radicali de hidrocarburi în timpul reacțiilor cu derivați de halogen (vezi prepararea aminelor). O amină cu o halogenură acidă dă o amidă acidă care conține un radical legat de azot:

Aminele terțiare adaugă derivați de halogen ai hidrocarburilor pentru a forma săruri de amoniu (cuaternare) tetrasubstituite:

Acestea sunt substanțe cristaline care sunt foarte solubile în apă. Spre deosebire de sărurile obișnuite de amoniu, acestea nu se hidrolizează și nu sunt descompuse de alcalii.

În anilină și alte amine aromatice, grupa NH2 prezintă un efect mezomer pozitiv, accelerând reacțiile de substituție electrofilă în radicalul aromatic. Anilina decolorează apa cu brom, formând un precipitat alb de tribromoanilină.

Profesor:

Instituție educațională: liceul profesional al metroului din Sankt Petersburg

Disciplina academica: chimie

Subiect: „Compuși organici care conțin oxigen și azot”

Publicul tinta: 1 curs

Tip de lecție: generalizarea materialului, 1 academic. ora.

Obiectivele lecției:

Cunoştinţe: cunoașteți formulele și proprietățile substanțelor organice care conțin oxigen și azot

Înţelegere:înțelegeți dependența proprietăților substanțelor de structura moleculei, de grupul funcțional

Aplicație: utilizați informații despre proprietățile substanțelor pentru a întocmi ecuații ale reacțiilor chimice.

Analiză: analiza influența reciprocă a grupurilor de atomi în moleculele de substanțe organice.

Sinteză: rezumă informații despre proprietățile substanțelor organice sub forma unui lanț de transformări

Nota: Efectuați autoevaluarea folosind rubricile propuse.

Echipament: tablă interactivă, prezentare multimedia.

Planul lecției:

1. Org. moment

2. Repetarea celor studiate anterior.

3. Performanțe elevilor.

4. Autodeterminarea elevilor prin niveluri de stima de sine.

5. Munca independentă a elevilor.

6. Rezumarea sistemului orientat pe criterii.

7. Tema pentru acasă.

În timpul orelor

1. Organizarea timpului.

Formarea grupului, raport de la conducătorul grupului asupra numărului de elevi prezenți.

2. Repetarea celor învățate anterior

Informații despre grupuri funcționale, clase de substanțe care conțin oxigen și azot, despre cei mai simpli reprezentanți ai acestor clase folosind o tablă interactivă și o prezentare multimedia.

Care grup de atomi, prezent în mod necesar în moleculele de substanțe din această clasă, determină funcția chimică a substanței, adică proprietățile sale chimice?

Răspuns: grup funcțional de atomi

Dați numele grupului funcțional - OH

Răspuns: gruparea hidroxil a atomilor.

Ce clasă de substanțe este determinată de gruparea hidroxil a atomilor?

Răspuns: Alcooli, dacă o grupă este OH, alcooli monohidroxilici, dacă mai multe grupe sunt OH, alcooli polihidroxilici.

Dați numele grupului funcțional - SLEEP. Ce clasă de substanțe definește?

Răspuns: grupa aldehidă, definește clasa aldehidelor.

Dați grupului numele funcțiilor - SLEEP. Ce clasa defineste?

Răspuns: grupa carboxil, definește clasa acizilor carboxilici.

Dați numele funcțiilor grupului - NH2. Ce clasa defineste?

Răspuns: Grupa amino definește clasa aminelor sau clasa aminoacizilor.

Ascultăm rapoartele studenților cu prezentări multimedia despre cei mai simpli reprezentanți ai diferitelor clase de substanțe care conțin oxigen și azot.

3.Performanțe studenților.

Mesaj 1.

Etanol C2H5OH, clasa alcoolilor monohidroxilici, grupa funcțională - gruparea hidroxil a atomilor - OH. Reacție calitativă - interacțiune cu oxid de cupru (II) pentru a forma o aldehidă. Proprietăți chimice (distingem 2 reacții) - arderea și interacțiunea cu metalele (Na).

Mesajul 2.

Propantriol (glicerol) C3H7(OH)3. Clasa – alcooli polihidroxilici, grupe funcționale – mai multe grupări hidroxil – OH. Reacție calitativă – interacțiune cu hidroxid de cupru (II). Proprietăți chimice - interacțiune cu halogenuri de sodiu și hidrogen.

Experienta de laborator:

Se toarnă aproximativ 1 ml de soluție de sumorat de cupru (II) într-o eprubetă și se adaugă puțină soluție de hidroxid de sodiu până se formează un precipitat albastru de hidroxid de cupru (II). Se adaugă soluție de glicerină picătură cu picătură la precipitatul rezultat. Agitați amestecul. Observăm transformarea precipitatului albastru într-o soluție albastră.

(glicerol + Cu(OH)2 ----- soluție albastră)

Mesajul 3.

Fenolul C6H5OH este cel mai simplu reprezentant al clasei de fenoli.

Gruparea funcțională este gruparea hidroxil –OH. Reacție calitativă - formarea unei soluții violet la interacțiunea cu clorura de fier (III) sau formarea unui precipitat alb la interacțiunea cu bromul. Proprietăți chimice: fenolul este un acid slab, reacționează cu metalele (Na) cu alcalii (NaOH) și bromul.

Mesajul 4.

Etanol sau acetaldehidă CH3-COH Grupa funcțională – gruparea COH aldehidă. Clasa – aldehide. O reacție calitativă este o reacție „oglindă de argint”. Proprietăți chimice: reacție de reducere și reacție de oxidare.

Experiență de laborator: experiență demonstrativă.

Se adaugă câteva picături dintr-o soluție de amoniac de oxid de argint într-o eprubetă care conține 1 ml de aldehidă (soluție apoasă). Încălzim eprubeta. Observăm eliberarea de argint pe pereții eprubetei, suprafața sticlei devine ca o oglindă.

Mesajul 5.

Acid etanoic CH3-COOH (acid acetic). Clasa – acizi carboxilici. Grupa funcțională – grupa carboxil COOH. Reacție calitativă - indicatorul de turnesol devine roșu.

Proprietăți chimice: modul în care orice acid interacționează cu metalele (Na), oxizii bazici (Na2O), alcalii (NaOH).

Experienta de laborator:

Se toarnă puțin acid acetic într-o eprubetă uscată, curată, cu indicator universal. Indicatorul devine roșu.

Mesajul 6.

Glucoză C6H12O6. Clasa – carbohidrați. Grupe funcționale: 5-OH și 1-COH, adică aldehidroalcool. Reacții calitative: interacțiune cu hidroxid de cupru pentru a forma o soluție albastră. Reacția „oglindă de argint” cu eliberarea de argint pe pereții eprubetei. Proprietăți chimice: reducere la alcool hexahidric, oxidare la acid gluconic, reacție de fermentație.

Mesajul 7.

anilină C6H5-NH2.

Grupa funcțională – grupa amino NH2. Clasa - amine. Reacție calitativă: interacțiune cu apa de brom pentru a forma un precipitat alb. Proprietăți chimice: interacțiune cu acidul clorhidric și bromul.

Mesajul 8.

Acid aminoetanoic NH2-CH2-COOH sau acid aminoacetic.

Clasa – aminoacizi. Grupe funcționale: - grupa amino NH2 și grupa carboxil –COOH. Proprietăți chimice: AA – compuși amfoteri; - NH2 conferă proprietăți de bază, - COOH conferă proprietăți acide. Prin urmare, aminoacizii sunt capabili să se combine între ei pentru a forma molecule de proteine, iar proteinele sunt baza vieții pe planeta noastră.

4. Autodeterminarea elevilor după niveluri de stima de sine.

Tablă interactivă: elevii se familiarizează cu fișa de autoevaluare a dezvoltării în clasă și își notează nivelul.

1. Pot identifica grupa funcțională și cel mai simplu reprezentant al clasei de substanțe organice cu ajutorul profesorului și a notelor (6-7 puncte).

2. Pot identifica o grupă funcțională, cel mai simplu reprezentant al clasei de substanțe organice, fără ajutorul unui profesor și fără ajutorul unei note (8-10 puncte).

3. Pot determina reacția calitativă și proprietățile chimice ale unei substanțe cu ajutorul unui profesor și notițe (11-14 puncte).

4. Pot determina reacția calitativă și proprietățile chimice ale unei substanțe fără ajutorul unui profesor și fără notă (15-18 puncte).

Elevii se familiarizează cu sistemul de evaluare orientat pe criterii.

Criterii:

18 – 15 puncte – „excelent”

puncte - „bine”

10 – 6 puncte – „satisfăcător”

5 sau mai puțin – „nesatisfăcător”

5. Munca independentă a elevilor.

6. Însumarea rezultatelor după sistemul orientat pe criterii (anuntarea numărului de puncte către elevi).

7. Tema pentru acasă: completând tabelul.