Zertifizierungsarbeiten zur Chemie des Prozesses der destruktiven Hydrierung. Klassifikation und Nomenklatur organischer Stoffe (trivial und international) Aromatische Kohlenwasserstoffe sauerstoffhaltig stickstoffhaltig

Lehrer:

Bildungseinrichtung: Berufslyzeum der Metro von St. Petersburg

Akademische Disziplin: Chemie

Thema: „Sauerstoffhaltig und Stickstoffhaltig.“ organische Verbindungen»

Zielgruppe: 1 Kurs

Unterrichtsart: Verallgemeinerung des Materials, 1 akademisch. Stunde.

Lernziele:

Wissen: kennen die Formeln und Eigenschaften sauerstoffhaltiger und stickstoffhaltiger Stoffe organische Substanz

Verständnis: die Abhängigkeit der Eigenschaften von Stoffen von der Struktur des Moleküls, von der funktionellen Gruppe verstehen

Anwendung: Informationen über die Eigenschaften von Stoffen nutzen, um Gleichungen chemischer Reaktionen aufzustellen.

Analyse: analysieren die gegenseitige Beeinflussung von Atomgruppen in Molekülen organischer Substanzen.

Synthese: Informationen über die Eigenschaften organischer Stoffe in Form einer Transformationskette zusammenfassen

Grad: Führen Sie eine Selbsteinschätzung anhand der vorgeschlagenen Rubriken durch.

Ausrüstung: interaktives Whiteboard, Multimedia-Präsentation.

Unterrichtsplan:

1. Org. Moment

2. Wiederholung des zuvor Gelernten.

3. Leistungen der Studierenden.

4. Selbstbestimmung der Schüler nach Maß an Selbstwertgefühl.

5. Selbstständige Arbeit Studenten.

6. Zusammenfassung nach Kriterien - orientiertes System.

7. Hausaufgaben.

Während des Unterrichts

1. Zeit organisieren.

Bildung der Gruppe, Bericht des Gruppenleiters über die Anzahl der anwesenden Studierenden.

2. Wiederholung von zuvor Gelerntem

Informationen über funktionelle Gruppen, Klassen sauerstoffhaltiger und stickstoffhaltiger Stoffe, über die einfachsten Vertreter dieser Klassen mit Interaktives Whiteboard und multimediale Präsentation.

Welche Atomgruppe ist notwendigerweise in den Stoffmolekülen vorhanden? dieser Klasse, bestimmt die chemische Funktion eines Stoffes, also seine chemischen Eigenschaften?

Antwort: funktionelle Gruppe von Atomen

Geben Sie den Namen der funktionellen Gruppe an – OH

Antwort: Hydroxylgruppe von Atomen.

Welche Stoffklasse wird durch die Hydroxylgruppe der Atome bestimmt?

Antwort: Alkohole, wenn eine Gruppe OH ist, einwertige Alkohole, wenn mehr als eine Gruppe OH ist, mehrwertige Alkohole.

Geben Sie der Funktionsgruppe einen Namen – SON. Welche Stoffklasse definiert es?

Antwort: Aldehydgruppe, definiert die Klasse der Aldehyde.

Geben Sie der Gruppe den Namen der Funktionen – SLEEP. Welche Klasse definiert es?

Antwort: Carboxylgruppe, definiert die Klasse der Carbonsäuren.

Geben Sie der Gruppe den Namen der Funktionen - NH2. Welche Klasse definiert es?

Antwort: Die Aminogruppe definiert die Klasse der Amine bzw. die Klasse der Aminosäuren.

Hören Sie sich die Präsentationen der Studierenden an Multimedia-Präsentationenüber die einfachsten Vertreter verschiedener Klassen sauerstoffhaltiger und stickstoffhaltiger Stoffe.

3.Studentenaufführungen.

Nachricht 1.

Ethanol C2H5OH, Klasse einwertiger Alkohole, funktionelle Gruppe - Hydroxylgruppe von Atomen - OH. Qualitative Reaktion – Wechselwirkung mit Kupfer(II)-oxid unter Bildung eines Aldehyds. Chemische Eigenschaften(wir unterscheiden 2 Reaktionen) – Verbrennung und Wechselwirkung mit Metallen (Na).

Nachricht 2.

Propantriol (Glycerin) C3H7(OH)3. Klasse – mehrwertige Alkohole, funktionelle Gruppen – mehrere Hydroxylgruppen – OH. Qualitative Reaktion – Wechselwirkung mit Kupfer(II)-hydroxid. Chemische Eigenschaften – Wechselwirkung mit Natrium und Halogenwasserstoffen.

Laborerfahrung:

Gießen Sie etwa 1 ml Kupfer(II)-sumorat-Lösung in ein Reagenzglas und fügen Sie etwas Natriumhydroxidlösung hinzu, bis sich ein blauer Niederschlag aus Kupfer(II)-hydroxid bildet. Geben Sie tropfenweise Glycerinlösung zum resultierenden Niederschlag hinzu. Schütteln Sie die Mischung. Wir bemerken die Umwandlung des blauen Niederschlags in eine blaue Lösung.

(Glycerin + Cu(OH)2 ----- Blau Lösung)

Nachricht 3.

Phenol C6H5OH ist der einfachste Vertreter der Klasse der Phenole.

Die funktionelle Gruppe ist die Hydroxylgruppe –OH. Qualitative Reaktion – die Bildung einer violetten Lösung bei Wechselwirkung mit Eisen(III)-chlorid oder die Bildung eines weißen Niederschlags bei Wechselwirkung mit Brom. Chemische Eigenschaften: Phenol ist eine schwache Säure, reagiert mit Metallen (Na), mit Alkalien (NaOH) und Brom.

Nachricht 4.

Ethanol oder Acetaldehyd CH3-COH Funktionsgruppe – COH-Aldehydgruppe. Klasse – Aldehyde. Eine qualitative Reaktion ist eine „Silberspiegel“-Reaktion. Chemische Eigenschaften: Reduktionsreaktion und Oxidationsreaktion.

Laborerfahrung: Demonstrationserfahrung.

Geben Sie ein paar Tropfen einer Ammoniaklösung von Silberoxid in ein Reagenzglas mit 1 ml Aldehyd (wässrige Lösung). Wir erhitzen das Reagenzglas. Wir beobachten die Freisetzung von Silber an den Wänden des Reagenzglases, die Oberfläche des Glases wird spiegelnd.

Nachricht 5.

Essigsäure CH3-COOH (Essigsäure). Klasse - Carbonsäuren. Funktionelle Gruppe – COOH-Carboxylgruppe. Qualitative Reaktion – der Lackmusindikator wird rot.

Chemische Eigenschaften: Wie jede Säure mit Metallen (Na), basischen Oxiden (Na2O) und Alkalien (NaOH) interagiert.

Laborerfahrung:

Geben Sie etwas Essigsäure in ein trockenes, sauberes Reagenzglas mit Universalindikator. Die Anzeige wird rot.

Nachricht 6.

Glukose C6H12O6. Klasse – Kohlenhydrate. Funktionelle Gruppen: 5-OH und 1-COH, also Aldehydroalkohol. Qualitative Reaktionen: Wechselwirkung mit Kupferhydroxid unter Bildung einer blauen Lösung. Die „Silberspiegel“-Reaktion mit der Freisetzung von Silber an den Wänden des Reagenzglases. Chemische Eigenschaften: Reduktion zu sechswertigem Alkohol, Oxidation zu Gluconsäure, Fermentationsreaktion.

Nachricht 7.

Anilin C6H5-NH2.

Funktionelle Gruppe – NH2-Aminogruppe. Klasse - Amine. Qualitative Reaktion: Wechselwirkung mit Bromwasser unter Bildung eines weißen Niederschlags. Chemische Eigenschaften: Wechselwirkung mit Salzsäure und mit Brom.

Nachricht 8.

Aminoethansäure NH2-CH2-COOH oder Aminoessigsäure.

Klasse – Aminosäuren. Funktionelle Gruppen: - NH2-Aminogruppe und –COOH-Carboxylgruppe. Chemische Eigenschaften: AA – amphotere Verbindungen; - NH2 verleiht grundlegende Eigenschaften, - COOH – saure Eigenschaften. Daher können sich Aminosäuren zu Proteinmolekülen verbinden und Protein ist die Grundlage des Lebens auf unserem Planeten.

4. Selbstbestimmung der Schüler anhand des Selbstwertgefühls.

Interaktives Whiteboard: Die Schüler machen sich im Unterricht mit der Entwicklungs-Selbstbewertungskarte vertraut und markieren ihr Niveau.

1. Ich kann mithilfe des Lehrers und Notizen die Funktionsgruppe und den einfachsten Vertreter der Klasse organischer Substanzen identifizieren (6-7 Punkte).

2. Ich kann eine funktionelle Gruppe, den einfachsten Vertreter der Klasse organischer Substanzen, ohne die Hilfe eines Lehrers und ohne die Hilfe eines Zettels identifizieren (8-10 Punkte).

3. Ich kann mithilfe eines Lehrers und Notizen die qualitative Reaktion und die chemischen Eigenschaften eines Stoffes bestimmen (11-14 Punkte).

4. Ich kann die qualitative Reaktion und die chemischen Eigenschaften eines Stoffes ohne die Hilfe eines Lehrers und ohne Notiz bestimmen (15-18 Punkte).

Klasse	Funktionelle Gruppen	Der einfachste Vertreter	Qualitative Reaktionen	Chemische Eigenschaften
Einatomig Alkohole
Mehrwertige Alkohole
Phenole
Aldehyde
Carbonsäuren
Kohlenhydrate
Amine
Aminosäuren

Die Studierenden werden mit dem kriterienorientierten Bewertungssystem vertraut gemacht.

Kriterien:

18 – 15 Punkte – „ausgezeichnet“

Punkte – „gut“

10 – 6 Punkte – „befriedigend“

5 oder weniger – „ungenügend“

5. Selbstständiges Arbeiten der Studierenden.

6. Zusammenfassung der Ergebnisse nach dem kriterienorientierten System (Bekanntgabe der Punktzahl an die Studierenden).

7. Hausaufgaben: die Tabelle ausfüllen.

Test zum Thema: „Sauerstoffhaltige und stickstoffhaltige organische Stoffe“ (Note 10)

Liebe Studierende, das hier Überprüfungsarbeiten ist das Ergebnis der Untersuchung des Themas „ Sauerstoffhaltige und stickstoffhaltige organische Stoffe„und wirkt sich auf die Bewertung für das Trimester aus. Für die Bearbeitung haben Sie 40 Minuten Zeit. Bei der Aufführung ist die Verwendung des Lehrbuchs verboten, Referenzmaterialien und Internet.

Ich wünsche Ihnen Erfolg!

1. Das Wasserstoffatom im Molekül hat die größte Aktivität

2. Interagieren Sie miteinander

3. Interagiere nicht untereinander

4. Essigsäure kann mit jedem der beiden Stoffe reagieren

5. Sind sie wahr? die folgenden Urteileüber die Eigenschaften von Essigsäure?

1. Essigsäure reagiert nicht mit Natriumcarbonat.

2. Essigsäurelösung leitet elektrischer Strom.

6. Eine Dehydratisierungsreaktion ist möglich

7. Natriumhydroxid reagiert mit

9. Das Oxidationsprodukt von Propanol kann nicht sein

10. Beim Erhitzen von 57,5 g Ethanol mit konzentrierter Schwefelsäure entstanden zwei organische Verbindungen A und B. Substanz A, ein Gas, kann 100 g einer 40 %igen Lösung von Brom in Tetrachlorkohlenstoff entfärben. Stoff B ist eine niedrigsiedende Flüssigkeit. Bestimmen Sie die resultierenden Verbindungen A und B, berechnen Sie außerdem das Volumen von A (bei Null) und die Masse von B unter der Annahme, dass Ethanol vollständig reagiert hat.

	Verifizierter Inhalt	Überprüfbare Fähigkeiten
	Eigenschaften von Stoffen
	Eigenschaften von Phenol	Möglichkeit, eine Antwort aus vier vorgeschlagenen Optionen auszuwählen
	Eigenschaften von Alkoholen	Möglichkeit, eine Antwort aus vier vorgeschlagenen Optionen auszuwählen
	Eigenschaften organischer Säure	Möglichkeit, eine Antwort aus vier vorgeschlagenen Optionen auszuwählen
	Eigenschaften organischer Säure	Möglichkeit, eine Antwort aus vier vorgeschlagenen Optionen auszuwählen
	Reaktionen der Dehydrierung organischer Substanzen
	Eigenschaften organischer Säuren und Phenol	Fähigkeit zur Durchführung von Multiple-Choice-Fragen
	Durchführung einer Reaktionskette	Fähigkeit zur Durchführung von Multiple-Choice-Fragen
	Eigenschaften von Alkoholen	Fähigkeit zur Durchführung von Multiple-Choice-Fragen
	Eigenschaften von Alkoholen	Fähigkeit, Probleme aufzuschreiben und zu lösen

Schlüssel zum Test

10. 5,6 l Ethen und 37 g Diethylether

Einer der häufigsten chemische Elemente, in der überwiegenden Mehrheit enthalten Chemikalien- Das ist Sauerstoff. Im Rahmen der anorganischen und organischen Chemie werden Oxide, Säuren, Basen, Alkohole, Phenole und andere sauerstoffhaltige Verbindungen untersucht. In unserem Artikel werden wir die Eigenschaften untersuchen und auch Beispiele für ihre Anwendung in der Industrie geben. Landwirtschaft und Medizin.

Oxide

Die einfachste Struktur sind binäre Verbindungen von Metallen und Nichtmetallen mit Sauerstoff. Die Klassifizierung von Oxiden umfasst die folgenden Gruppen: sauer, basisch, amphoter und indifferent. Das Hauptkriterium für die Einteilung all dieser Stoffe ist, welches Element sich mit Sauerstoff verbindet. Wenn es sich um Metall handelt, gelten sie als einfach. Zum Beispiel: CuO, MgO, Na 2 O – Oxide von Kupfer, Magnesium, Natrium. Ihre wichtigste chemische Eigenschaft ist ihre Reaktion mit Säuren. Kupferoxid reagiert also mit Chloridsäure:

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

Das Vorhandensein von Atomen nichtmetallischer Elemente in den Molekülen binärer Verbindungen weist darauf hin, dass sie zum sauren Wasserstoff H 2 O gehören. Kohlendioxid CO 2, Phosphorpentoxid P 2 O 5. Die Fähigkeit solcher Stoffe, mit Alkalien zu reagieren, ist ihr Hauptgrund chemische Charakterisierung.

Als Ergebnis der Reaktion können Spezies gebildet werden: sauer oder mittel. Dies hängt davon ab, wie viele Mol Alkali reagieren:

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

Eine weitere Gruppe sauerstoffhaltiger Verbindungen, zu der chemische Elemente wie Zink oder Aluminium gehören, werden als amphotere Oxide klassifiziert. Ihre Eigenschaften zeigen eine Tendenz zur chemischen Wechselwirkung sowohl mit Säuren als auch mit Laugen. Produkte der Interaktion Säureoxide mit Wasser sind Säuren. Beispielsweise entstehen bei der Reaktion von Schwefelsäureanhydrid und Wasser Säuren – eine der wichtigsten Klassen sauerstoffhaltiger Verbindungen.

Säuren und ihre Eigenschaften

Verbindungen, die aus Wasserstoffatomen bestehen, die an komplexe Ionen saurer Reste gebunden sind, sind Säuren. Herkömmlicherweise können sie in anorganische, beispielsweise kohlensäurehaltige, Sulfat-, Nitrat- und organische Verbindungen unterteilt werden. Zu letzteren zählen Essigsäure, Ameisensäure und Ölsäure. Beide Stoffgruppen haben ähnliche Eigenschaften. So gehen sie mit Basen eine Neutralisationsreaktion ein, reagieren mit Salzen und basischen Oxiden. Fast alle sauerstoffhaltigen Säuren in wässrige Lösungen dissoziieren in Ionen und sind Leiter zweiter Art. Der saure Charakter ihrer Umgebung, der durch das übermäßige Vorhandensein von Wasserstoffionen verursacht wird, kann mithilfe von Indikatoren bestimmt werden. Beispielsweise wird violetter Lackmus rot, wenn er einer Säurelösung hinzugefügt wird. Ein typischer Vertreter organischer Verbindungen ist Essigsäure mit einer Carboxylgruppe. Es enthält ein Wasserstoffatom, das Säure verursacht. Es ist eine farblose Flüssigkeit mit einem spezifischen stechenden Geruch, die bei Temperaturen unter 17 ° C kristallisiert. CH 3 COOH ist wie andere sauerstoffhaltige Säuren in jedem Verhältnis perfekt wasserlöslich. Seine 3 - 5 %ige Lösung ist im Alltag als Essig bekannt, der beim Kochen als Würzmittel verwendet wird. Der Stoff hat auch bei der Herstellung von Seidenacetat, Farbstoffen, Kunststoffen und einigen Medikamenten Verwendung gefunden.

Organische Verbindungen, die Sauerstoff enthalten

In der Chemie kann man eine große Gruppe von Stoffen unterscheiden, die neben Kohlenstoff und Wasserstoff auch Sauerstoffpartikel enthalten. Dies sind Carbonsäuren, Ester, Aldehyde, Alkohole und Phenole. Alle ihre chemischen Eigenschaften werden durch das Vorhandensein spezieller Komplexe in den Molekülen bestimmt – funktionelle Gruppen. Zum Beispiel ein Alkohol, der nur limitierende Bindungen zwischen Atomen enthält – ROH, wobei R ein Kohlenwasserstoffrest ist. Bei diesen Verbindungen handelt es sich üblicherweise um Derivate von Alkanen, bei denen ein Wasserstoffatom durch eine Hydroxogruppe ersetzt ist.

Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkoholen

Aggregatzustand Alkohole sind Flüssigkeiten oder feste Verbindungen. Unter Alkoholen gibt es keine gasförmigen Substanzen, was durch die Bildung von Assoziaten erklärt werden kann – Gruppen, die aus mehreren durch schwache Verbindungen verbundenen Molekülen bestehen Wasserstoffbrücken. Diese Tatsache bestimmt auch die gute Löslichkeit niederer Alkohole in Wasser. In wässrigen Lösungen dissoziieren sauerstoffhaltige organische Substanzen – Alkohole – jedoch nicht in Ionen, verändern die Farbe der Indikatoren nicht, das heißt, sie reagieren neutral. Das Wasserstoffatom der funktionellen Gruppe ist daher schwach an andere Teilchen gebunden chemische Wechselwirkungen ist in der Lage, die Grenzen des Moleküls zu verlassen. An der Stelle der freien Valenz wird es durch andere Atome ersetzt, beispielsweise bei Reaktionen mit aktiven Metallen oder mit Alkalien – durch Metallatome. In Gegenwart von Katalysatoren wie Platinnetz oder Kupfer werden Alkohole durch energiereiche Oxidationsmittel – Kaliumdichromat oder Permanganat – zu Aldehyden oxidiert.

Veresterungsreaktion

Eine der wichtigsten chemischen Eigenschaften sauerstoffhaltiger organischer Substanzen: Alkohole und Säuren ist die Reaktion, die zur Bildung von Estern führt. Sie hat großartig praktische Bedeutung und wird industriell zur Gewinnung von Estern verwendet, die als Lösungsmittel in der Lebensmittelindustrie (in Form von Fruchtessenzen) verwendet werden. In der Medizin werden einige der Ester als krampflösende Mittel eingesetzt, beispielsweise erweitert Ethylnitrit periphere Blutgefäße und Isoamylnitrit schützt vor Krämpfen der Herzkranzgefäße. Die Gleichung für die Veresterungsreaktion lautet wie folgt:

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

Darin ist CH 3 COOH Essigsäure und C 2 H 5 OH chemische Formel Ethanolalkohol.

Aldehyde

Wenn eine Verbindung die funktionelle Gruppe -COH enthält, handelt es sich um einen Aldehyd. Sie werden als Produkte der weiteren Oxidation von Alkoholen, beispielsweise mit Oxidationsmitteln wie Kupferoxid, dargestellt.

Das Vorhandensein eines Carbonylkomplexes in Ameisensäure- oder Acetaldehydmolekülen bestimmt deren Fähigkeit, Atome anderer chemischer Elemente zu polymerisieren und zu binden. Qualitative Reaktionen, mit denen das Vorhandensein einer Carbonylgruppe und die Zugehörigkeit einer Substanz zu Aldehyden nachgewiesen werden können, sind die Reaktion eines Silberspiegels und die Wechselwirkung mit Kupferhydroxid beim Erhitzen:

Das am häufigsten verwendete Acetaldehyd wird in der Industrie zur Herstellung von Essigsäure verwendet, einem großtechnischen Produkt der organischen Synthese.

Eigenschaften sauerstoffhaltiger organischer Verbindungen - Carbonsäuren

Das Vorhandensein einer Carboxylgruppe – einer oder mehrerer – ist Unterscheidungsmerkmal Carbonsäuren. Aufgrund der Struktur der funktionellen Gruppe können sich in sauren Lösungen Dimere bilden. Sie sind durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden. Die Verbindungen zerfallen in Wasserstoffkationen und saure Anionen und sind schwache Elektrolyte. Eine Ausnahme bildet der erste Vertreter einer Reihe gesättigter einbasiger Säuren – Ameisensäure oder Methan, der ein Leiter der zweiten Art mittlerer Stärke ist. Das Vorhandensein von nur einfachen Molekülen Sigma-Anleihen spricht von Endlichkeit, aber wenn Stoffe doppelte Pi-Bindungen enthalten, handelt es sich um ungesättigte Stoffe. Zur ersten Gruppe gehören Säuren wie Methan, Essigsäure und Buttersäure. Die zweite besteht aus Verbindungen, die Teil flüssiger Fette sind – Öle, zum Beispiel Ölsäure. Die chemischen Eigenschaften sauerstoffhaltiger Verbindungen: organische und anorganische Säuren sind weitgehend ähnlich. So können sie mit aktiven Metallen, deren Oxiden, Alkalien und auch mit Alkoholen interagieren. Beispielsweise reagiert Essigsäure mit Natriumoxid unter Bildung eines Salzes – Natriumacetat:

NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O

Einen besonderen Platz nehmen Verbindungen von sauerstoffhaltigen Säuren mit höheren Carbonsäuren ein: Stearinsäure und Palmitinsäure, mit dreiwertigem gesättigtem Alkohol - Glycerin. Sie beziehen sich auf Ester und werden Fette genannt. Dieselben Säuren sind als Säurerückstände in Natrium- und Kaliumsalzen enthalten und bilden Seifen.

Wichtige organische Verbindungen, die in der belebten Natur weit verbreitet sind und als energieintensivster Stoff eine führende Rolle spielen, sind Fette. Sie sind keine einzelne Verbindung, sondern eine Mischung unterschiedlicher Glyceride. Das sind Verbindungen des Höchsten mehrwertiger Alkohol- Glycerin, das wie Methanol und Phenol funktionelle Hydroxylgruppen enthält. Fette können einer Hydrolyse unterzogen werden – Erhitzen mit Wasser in Gegenwart von Katalysatoren: Laugen, Säuren, Zinkoxide, Magnesium. Als Reaktionsprodukte entstehen Glycerin und verschiedene Carbonsäuren, die anschließend zur Seifenherstellung verwendet werden. Um bei diesem Verfahren keine teuren natürlichen essentiellen Carbonsäuren zu verwenden, werden diese durch Oxidation von Paraffin gewonnen.

Phenole

Zum Abschluss unserer Betrachtung der Klassen sauerstoffhaltiger Verbindungen konzentrieren wir uns auf Phenole. Sie werden durch einen Phenylrest -C 6 H 5 dargestellt, der mit einer oder mehreren funktionellen Hydroxylgruppen verbunden ist. Der einfachste Vertreter dieser Klasse ist Karbolsäure oder Phenol. Als sehr schwache Säure kann sie mit Alkalien und aktiven Metallen – Natrium, Kalium – interagieren. Ein Stoff mit ausgeprägten bakteriziden Eigenschaften – Phenol – wird in der Medizin sowie bei der Herstellung von Farbstoffen und Phenol-Formaldehyd-Harzen verwendet.

In unserem Artikel haben wir die Hauptklassen sauerstoffhaltiger Verbindungen untersucht und auch ihre chemischen Eigenschaften untersucht.

Heteroorganische Verbindungen (schwefel-, sauerstoff- und stickstoffhaltig) verschiedener Strukturen und Molekulargewichte sind in unterschiedlichen Anteilen im Destillat und in den Restfraktionen des Öls vorhanden. Besonders schwierig ist es, die Natur und Zusammensetzung hochmolekularer heteroorganischer Verbindungen zu untersuchen, deren Hauptbestandteil Harz-Asphalten-Substanzen sind. Dank einzelner Elektronenpaare können Heteroatome von Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff als Koordinationszentren bei der Bildung von Assoziaten in Erdölsystemen fungieren.

Schwefelverbindungen gehören zur repräsentativsten Gruppe heteroatomarer Komponenten von Gaskondensat- und Ölsystemen. Der Gesamtschwefelgehalt in Öl- und Gassystemen variiert stark: von Hundertstel Prozent bis 6–8 % (Gew.) oder mehr. Ein hoher Gesamtschwefelgehalt ist typisch für Gaskondensate der Felder Astrachan, Karatschaganak (0,9 %) und anderer Felder. Der Gehalt an schwefelhaltigen Verbindungen in manchen Ölen erreicht 40 % (Gew.) und mehr, in manchen Fällen besteht das Öl fast ausschließlich aus ihnen. Im Gegensatz zu anderen Heteroatomen, die in CAB überwiegend konzentriert sind, ist ein erheblicher Anteil an Schwefel in den Destillatfraktionen enthalten. In der Regel steigt der Schwefelgehalt in Straight-Run-Fraktionen mit zunehmendem Siedepunkt und steigendem Gesamtschwefelgehalt des Originalöls.

Anorganische schwefelhaltige Verbindungen (elementarer Schwefel und Schwefelwasserstoff) sind in geringen Mengen in Öl- und Gassystemen vorhanden; sie können auch als Folgeprodukte der Zersetzung anderer schwefelhaltiger Verbindungen bei hohen Temperaturen während der Destillation und zerstörerischer Verarbeitungsprozesse entstehen. Unter den im Öl vorkommenden schwefelhaltigen Verbindungen wurden die folgenden identifiziert (nach Angaben des Instituts für Erdölchemie, Zweigstelle Tiflis, Zweigstelle Sibirien, Russische Akademie der Wissenschaften).

1. Aliphatische, alicyclische und aromatische Thiole (Mercaptane) 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

Arenoalkanothiole, Thionaphthole

2. Thioester (Sulfide) der folgenden Haupttypen:

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

Thiaalkane, Thiaalkene, Thiaalkine, Diarylsulfide

Thiacycloalkane, Alkylarylsulfide, Arylthiaalkane

(R, R“ – gesättigte und ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffsubstituenten).

3. Dialkyldisulfide R-S-S-R", wobei R, R" Alkyl-, Cycloalkyl- oder Arylsubstituenten sind.

4. Thiophene und ihre Derivate, die wichtigsten davon sind die folgenden Arenotiophene:

Alkylbenzothiophene, Alkylbenzonphthothiophene, Alkyldibenzothiophene

Die Verteilung verschiedener Gruppen schwefelhaltiger Verbindungen in Ölen und Ölfraktionen unterliegt folgenden Mustern.

Thiole kommen in fast allen Rohölen vor, meist in geringen Konzentrationen, und machen 2–10 % (Gew.) des Gesamtgehalts an schwefelhaltigen Verbindungen aus. Gaskondensate enthalten hauptsächlich aliphatische Mercaptane C 1 -C h. Einige Öle und Gaskondensate und ihre Fraktionen sind natürliche Konzentrate von Mercaptanen, Beispiele hierfür sind die Benzinfraktionen des riesigen Kaspischen Feldes; Fraktion 40–200 °C des Gaskondensats aus dem Orenburg-Feld, enthaltend 1,24 % (Gew.) des gesamten Schwefels, einschließlich 0,97 % Mercaptan; leichte Kerosinfraktion 120–280 °C von Tengiz-Öl, die 45–70 % Mercaptanschwefel des Gesamtgehalts an schwefelhaltigen Verbindungen enthält. Gleichzeitig entsprechen die Reserven an natürlichen Thiolen in den Kohlenwasserstoffrohstoffen der Kaspischen Region dem Niveau ihrer weltweiten synthetischen Produktion. Natürliche Thiole sind vielversprechende Rohstoffe für die Synthese von Pestiziden (auf Basis symmetrischer Triazine) und die Odorierung von Flüssiggasen. Russlands voraussichtlicher Bedarf an Thiolen zur Odorierung beträgt derzeit 6.000 Tonnen/Jahr.

Thioester machen in Rohölen bis zu 27 % der Menge schwefelhaltiger Verbindungen aus, in Mittelfraktionen bis zu 50 %; in schweren Vakuumgasölen ist der Sulfidgehalt geringer. Methoden zur Isolierung von Erdölsulfiden basieren auf ihrer Fähigkeit, durch die Übertragung des freien Elektronenpaars des Schwefelatoms auf das freie Orbital des Akzeptors komplexe Verbindungen vom Donor-Akzeptor-Typ zu bilden. Metallhalogenide, Haloalkyle und Halogene können als Elektronenakzeptoren wirken. Komplexierungsreaktionen mit Erdölsulfiden verlaufen leider nicht selektiv; Auch andere heteroatomare Bestandteile des Öls können an der Komplexbildung beteiligt sein.

Dialkyldisulfide wurden in Rohölen nicht gefunden, sie entstehen meist bei der Oxidation von Mercaptanen unter milden Bedingungen und sind daher im Benzin enthalten (bis zu 15 %). Der Hauptanteil schwefelhaltiger Verbindungen in Ölen ist der sogenannte „Restschwefel“, der nicht mit Standardmethoden bestimmt wird. Seine Zusammensetzung wird von Thiophenen und ihren Derivaten dominiert, daher wurde „Restschwefel“ früher als „Thiophen“ bezeichnet, doch mithilfe der Negativionen-Massenspektrometrie wurden darin bisher unentdeckte Sulfoxide, Sulfone und Disulfane entdeckt. In Benzinfraktionen ist der Gehalt an Thiophenderivaten gering, in mittel- und besonders hochsiedenden Fraktionen erreicht er 50-80 % der gesamten schwefelhaltigen Verbindungen. Der relative Gehalt an Thiophenderivaten stimmt in der Regel mit dem Aromatizitätsgrad des Erdölsystems überein. Schwierigkeiten bei der Isolierung schwefelhaltiger Verbindungen (insbesondere aus hochsiedenden Fraktionen) werden durch die Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften von Arenen und Thiophenen verursacht. Die Ähnlichkeit ihres chemischen Verhaltens ist auf die Aromatizität von Thiophenen zurückzuführen, die durch den Einbau eines Schwefelheteroatoms in das π-Elektronensystem vor dem aromatischen Sextett entsteht. Die Folge davon ist die erhöhte Tendenz von Erdölthiophenen, intensive intermolekulare Wechselwirkungen einzugehen.

Sauerstoffhaltige Verbindungen in Ölsystemen von 0,1-1,0 bis 3,6 % (Gew.) enthalten. Mit steigendem Siedepunkt der Destillatfraktionen steigt deren Gehalt und der Großteil des Sauerstoffs wird in Harz-Asphalten-Substanzen konzentriert. Öle und Destillate enthalten bis zu 20 % oder mehr sauerstoffhaltige Verbindungen.

Unter ihnen werden traditionell Substanzen saurer und neutraler Natur unterschieden. Zu den Säurekomponenten zählen Carbonsäuren und Phenole. Neutrale sauerstoffhaltige Verbindungen werden durch Ketone, Säureanhydride und -amide, Ester, Furanderivate, Alkohole und Lactone dargestellt.

Das Vorhandensein von Säuren in Ölen wurde aufgrund ihrer im Vergleich zu Kohlenwasserstoffen hohen chemischen Aktivität schon vor langer Zeit entdeckt. Die Geschichte ihrer Entdeckung im Öl ist wie folgt. Beim Empfang von Kerosin Gute Qualität Zur Beleuchtung wurde es mit Alkali behandelt (Säure-Base-Reinigung) und es wurde die Bildung von Substanzen mit hoher Emulgierfähigkeit beobachtet. Anschließend stellte sich heraus, dass Emulgatoren Natriumsalze von Säuren sind, die in Destillatfraktionen enthalten sind. Die Extraktion mit wässrigen und alkoholischen Lösungen von Alkalien ist nach wie vor eine klassische Methode zur Extraktion saurer Bestandteile aus Ölen. Derzeit basieren Methoden zur Isolierung von Säuren und Phenolen auch auf der Wechselwirkung ihrer funktionellen Gruppen (Carboxyl und Hydroxyl) mit einigen Reagenzien.

Carbonsäuren sind die am besten untersuchte Klasse sauerstoffhaltiger Erdölverbindungen. Der Gehalt an Erdölsäuren pro Fraktion variiert in extremer Abhängigkeit, wobei das Maximum in der Regel bei leichten und mittleren Ölfraktionen liegt. Mithilfe der Chromatographie-Massenspektrometrie wurden verschiedene Arten von Erdölsäuren identifiziert. Die meisten von ihnen sind einbasisch (RCOOH), wobei R nahezu jedes Fragment von Kohlenwasserstoff- und heteroorganischen Erdölverbindungen sein kann. Es ist seit langem bekannt, dass die Gruppenzusammensetzungen von Säuren und Ölen einander entsprechen: In Methanölen überwiegen aliphatische Säuren, in naphthenischen Ölen überwiegen naphthenische und naphthenoaromatische Säuren. Es wurden aliphatische Säuren von C 1 bis C 25 mit linearer Struktur und einige mit verzweigter Struktur entdeckt. Darüber hinaus stimmt in Erdölsäuren das Verhältnis von n-Alkansäuren und verzweigten Säuren mit dem Verhältnis der entsprechenden Kohlenwasserstoffe in Ölen überein.

Aliphatische Säuren werden hauptsächlich durch n-Alkansäuren repräsentiert. Von den verzweigten Säuren sind solche mit einem Methylsubstituenten in der Hauptkette häufiger anzutreffen. Alle niederen Isomere dieses Typs kommen in Ölen vor, bis hin zu C7. Eine weitere wichtige Gruppe aliphatischer Säuren sind Säuren mit Isoprenoidstruktur, unter denen Pristansäure (C 19) und Phytansäure (C 20) vorherrschen.

Alicyclische (naphthenische) Erdölsäuren sind Monocyclocarbonsäuren – Derivate von Cyclopentan und Cyclohexan; polyzyklische können bis zu 5 Ringe enthalten (Daten für kalifornisches Öl). COOH-Gruppen in monozyklischen Säuremolekülen sind direkt mit dem Ring verbunden oder befinden sich am Ende aliphatischer Substituenten. Es können bis zu drei Substituenten (am häufigsten Methyl) in einem Ring vorhanden sein, wobei die häufigsten Positionen 1, 2 sind; 13; 1, 2, 4; 1, 1, 3 und 1, 1, 2, 3.

Aus Ölen isolierte Moleküle tri-, tetra- und pentacyclischer Säuren bestehen hauptsächlich aus miteinander kondensierten Cyclohexanringen.

Das Vorkommen hexazyklischer Naphthensäuren mit Cyclohexanringen in Ölen wurde nachgewiesen. Aromatische Säuren in Ölen sind Benzoesäure und ihre Derivate. In Ölen wurden viele homologe Reihen polyzyklischer naphthenoaromatischer Säuren entdeckt, und in Samotloröl wurden monoaromatische Steroidsäuren identifiziert

Aus sauerstoffhaltigen Verbindungen, Erdöl Säuren zeichnen sich durch die höchste Oberflächenaktivität aus. Es wurde festgestellt, dass die Oberflächenaktivität sowohl harzarmer als auch harzreicher Öle deutlich abnimmt, nachdem saure Bestandteile (Säuren und Phenole) aus ihnen entfernt wurden. Starke Säuren sind an der Bildung von Ölassoziierten beteiligt, wie die Untersuchung ihrer rheologischen Eigenschaften zeigt.

Phenole wurden viel schlechter untersucht als Säuren. Ihr Gehalt in Ölen aus westsibirischen Feldern liegt zwischen 40 und 900 mg/l. In westsibirischen Ölen steigen die Phenolkonzentrationen in der Reihenfolge C 6 an<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.

In neutralen sauerstoffhaltigen Verbindungen kalifornischer Öle wurden alle einfachsten Alkylketone C3-C6, Acetophenon und seine Naphtheno- und Arenderivate, Fluorenon und seine nächsten Homologen gefunden. Die Ausbeute an Ketonkonzentrat aus Samotlor-Öl, das hauptsächlich aus Dialkylketonen besteht, beträgt 0,36 %, während der Grad der Ketonextraktion nur 20 % beträgt, was auf das Vorhandensein von Ketonen mit hohem Molekulargewicht hinweist, die mit dieser Methode nicht extrahiert werden können. Bei der Untersuchung von Ketonen in westsibirischen Ölen wurde festgestellt, dass sie C 19 -C3 2-Ketone enthalten, wobei in Methanölen aliphatische Ketone vorherrschen und in naphthenischen Ölen Cyclane und aromatische Substituenten vorhanden sind.

Es ist davon auszugehen, dass Öle Alkohole in freiem Zustand enthalten; gebunden bilden sie Bestandteile von Estern. Von den heteroorganischen Erdölverbindungen ist die Tendenz sauerstoffhaltiger Verbindungen zu intensiven intermolekularen Wechselwirkungen am besten untersucht.

Die Untersuchung stickstoffhaltiger Verbindungen ist auf zwei Arten möglich – direkt im Rohöl und nach deren Isolierung und Trennung. Der erste Weg ermöglicht die Untersuchung stickstoffhaltiger Verbindungen in einem naturnahen Zustand, allerdings ist es möglich, dass aufgrund der geringen Konzentration dieser Verbindungen merkliche Fehler auftreten. Der zweite Weg ermöglicht es, solche Fehler zu reduzieren, aber im Prozess der chemischen Einwirkung von Öl während der Trennung und Isolierung ist eine Veränderung ihrer Struktur möglich. Es wurde festgestellt, dass stickstoffhaltige Verbindungen im Öl überwiegend durch zyklische Verbindungen repräsentiert werden. Aliphatische stickstoffhaltige Verbindungen kommen nur in Produkten der destruktiven Ölraffination vor, in denen sie durch die Zerstörung von Stickstoffheterozyklen entstehen.

Alle stickstoffhaltigen Erdölverbindungen sind in der Regel funktionelle Derivate von Arenen und weisen daher eine ihnen ähnliche Molekulargewichtsverteilung auf. Im Gegensatz zu Arenen sind stickstoffhaltige Verbindungen jedoch in hochsiedenden Ölfraktionen konzentriert und ein integraler Bestandteil von CAB. Bis zu 95 % der im Öl vorhandenen Stickstoffatome sind in Harzen und Asphaltenen konzentriert. Es wurde vermutet, dass bei der Isolierung von Harzen und Asphaltenen sogar stickstoffhaltige Verbindungen mit relativ niedrigem Molekulargewicht mit diesen in Form von Donor-Akzeptor-Komplexen kopräzipitieren.

Gemäß der allgemein anerkannten Säure-Base-Klassifizierung Stickstoffhaltige Verbindungen werden unterteiltauf stickstoffhaltigen Basen und neutralen Verbindungen.

Stickstoffhaltige Basen sind offenbar die einzigen Träger grundlegender Eigenschaften unter den Komponenten von Erdölsystemen. Der Anteil stickstoffhaltiger Basen in mit Perchlorsäure in einem essigsauren Medium titrierten Öl liegt zwischen 10 und 50 %. Derzeit wurden mehr als 100 Alkyl- und Aren-kondensierte Analoga von Pyridin, Chinolin und anderen Basen in Ölen und Erdölprodukten identifiziert.

Stark basische stickstoffhaltige Verbindungen werden durch Pyridine und ihre Derivate repräsentiert:

Zu den schwach basischen stickstoffhaltigen Verbindungen gehören Aniline, Amide, Imide und N-Cycloalkyl-Derivate, die Alkyl-, Cycloalkyl- und Phenylgruppen als Substituenten am Pyrrolring tragen:

Pyridinderivate kommen am häufigsten in Rohölen und reinen Destillaten vor. Mit steigendem Siedepunkt von Fraktionen steigt in der Regel der Gehalt an stickstoffhaltigen Verbindungen und deren Struktur verändert sich: Überwiegen in den leichten und mittleren Fraktionen Pyridine, so überwiegen in den schwereren Fraktionen deren polyaromatische Derivate und es sind Aniline vorhanden in größerem Maße in den Produkten der thermischen Verarbeitung bei erhöhten Temperaturen. In leichten Fraktionen dominieren stickstoffhaltige Basen, in schweren Fraktionen dominieren in der Regel neutrale stickstoffhaltige Verbindungen.

Neutrale stickstoffhaltige Verbindungen, die in ihren Molekülen keine anderen Heteroatome als das Stickstoffatom enthalten und aus Öl isoliert werden, umfassen Indole, Carbazole und ihre naphthenischen und schwefelhaltigen Derivate:

Bei der Isolierung bilden neutrale stickstoffhaltige Verbindungen Assoziate mit sauerstoffhaltigen Verbindungen und werden zusammen mit stickstoffhaltigen Basen extrahiert.

Neben den genannten monofunktionellen Verbindungen wurden in Ölen folgende stickstoffhaltige Verbindungen identifiziert:

1. Polyaromatisch mit zwei Stickstoffatomen im Molekül:

2. Verbindungen mit zwei Heteroatomen (Stickstoff und Schwefel) in einem Ring – Thiazole und Benzothiazole und ihre Alkyl- und Naphthenhomologen:

3. Verbindungen mit zwei Heteroatomen Stickstoff und Schwefel in unterschiedlichen Ringen: Thiophenhaltige Alkyl-, Cycloalkylindole und Carbazole.

4. Verbindungen mit einer Carbonylgruppe in einem stickstoffhaltigen Heterocyclus, wie Piperidone und Chinolone:

5. Porphyrine. Im Folgenden wird die Struktur von Porphyrinen diskutiert, bei denen es sich um komplexe Verbindungen mit Vanadyl VO, Nickel und Eisen handelt.

Die Bedeutung stickstoffhaltiger Ölverbindungen als natürliche Tenside ist sehr groß; sie bestimmen neben CAB maßgeblich die Oberflächenaktivität an Flüssigkeitsgrenzflächen und die Benetzungsfähigkeit von Öl an den Grenzflächen Gestein-Öl, Metall-Öl. Stickstoffhaltige Verbindungen und ihre Derivate – Pyridine, Hydroxypyridine, Chinoline, Hydroxychinoline, Imidazoline, Oxazoline usw. – sind natürliche öllösliche Tenside, die hemmende Eigenschaften gegen Metallkorrosion bei der Ölförderung, dem Transport und der Raffinierung haben. Solche stickstoffhaltigen Erdölverbindungen wie Homologe von Pyrrol, Indol, Carbazol, Thiazolen und Amiden zeichnen sich durch schwächere oberflächenaktive Eigenschaften aus.

Harzasphaltische Substanzen (TAXI). Eine der repräsentativsten Gruppen heteroorganischer Erdölverbindungen mit hohem Molekulargewicht ist CAB. Die charakteristischen Merkmale von CAB – signifikante Molekulargewichte, das Vorhandensein verschiedener Heteroelemente in ihrer Zusammensetzung, Polarität, Paramagnetismus, hohe Neigung zur Magnetresonanz und Assoziation, Polydispersität und die Manifestation ausgeprägter kolloidal-disperser Eigenschaften – trugen dazu bei, dass die Methoden üblich sind Die in der Analyse verwendeten niedrigsiedenden Komponenten erwiesen sich als für ihre Untersuchung ungeeignet. Unter Berücksichtigung der Besonderheiten des untersuchten Objekts hat Sergienko S.R. Vor mehr als 30 Jahren hat er die Chemie hochmolekularer Erdölverbindungen als eigenständiges Teilgebiet der Erdölchemie herausgestellt und mit seinen Grundlagenwerken maßgeblich zu deren Entwicklung beigetragen.

Bis in die 60er und 70er Jahre bestimmten Forscher die physikalisch-chemischen Eigenschaften von CAB (einige davon sind in Tabelle 2.4 aufgeführt) und versuchten, die Strukturformel des durchschnittlichen Moleküls von Asphaltenen und Harzen auf der Grundlage instrumenteller Strukturanalysedaten darzustellen.

Ähnliche Versuche werden heute unternommen. Die Werte der Elementzusammensetzung, der durchschnittlichen Molekulargewichte, der Dichte, der Löslichkeit usw. für CAB-Proben verschiedener in- und ausländischer Öle, die innerhalb erheblicher Grenzen variieren, spiegeln die Vielfalt natürlicher Öle wider. Die meisten im Öl vorhandenen Heteroelemente und fast alle Metalle sind in Harzen und Asphaltenen konzentriert.

Der Stickstoff in CAB kommt vorwiegend in heteroaromatischen Einheiten vom Typ Pyridin (basisch), Pyrrol (neutral) und Porphyrin (Metallkomplex) vor. Schwefel ist Teil von Heterozyklen (Thiophen, Thiacyclan, Thiazol), Thiolgruppen und Sulfidbrücken, die Moleküle vernetzen. Sauerstoff in Harzen und Asphaltenen liegt in Form von Hydroxylgruppen (phenolisch, alkoholisch), Carboxylgruppen, Ethergruppen (einfaches, komplexes Lacton), Carbonylgruppen (Keton, Chinon) und Furanringen vor. Es besteht eine gewisse Übereinstimmung zwischen dem Molekulargewicht von Asphaltenen und dem Gehalt an Heteroelementen (Abb. 2.2).

Lassen Sie uns den aktuellen Stand der Ideen zu CAB charakterisieren. Yen weist auf die universelle Natur von Asphaltenen als Bestandteil natürlicher Kohlenstoffquellen hin, nicht nur in Caustobiolithen (Benzinen und Festbrennstoffen), sondern auch in Sedimentgesteinen und Meteoriten.

Gemäß der von Abraham vorgeschlagenen Klassifizierung natürlicher Ressourcen auf Kohlenwasserstoffbasis umfassen Öle solche, die bis zu 35–40 Gew.-% CAB enthalten, und natürliche Asphalte und Bitumen enthalten bis zu 60–75 Gew.-% CAB. nach anderen Angaben - bis zu 42-81%. Im Gegensatz zu den leichteren Bestandteilen des Öls war das Kriterium für die Einteilung in ihre Gruppen die Ähnlichkeit ihrer chemischen Struktur. Das Kriterium für die Zusammenfassung der Verbindungen zu einer Klasse namens CAB war ihre Ähnlichkeit in der Löslichkeit in einem bestimmten Lösungsmittel. Bei der Einwirkung von Öl und Ölrückständen auf große Mengen Petrolether und niedrigsiedende Alkane werden Stoffe genannt Asphaltene, die in niederen Arenen löslich sind, und Solvatation anderer Komponenten - Maltene, bestehend aus einem Kohlenwasserstoffteil und Harzen.

Reis. 2.2. Abhängigkeit des Molekulargewichts von Asphaltenen (M) vom durchschnittlichen Gesamtgehalt an Heteroelementen (O+N+S) in Öl aus Safanya (1), Cerro Negro (2), Boscan (4), Batiraman (5) und Arab Leichtöl (3)

Moderne Systeme zur Schweröltrennung basieren auf klassischen Techniken, die erstmals von Markusson vorgeschlagen wurden. In Schwefelkohlenstoff und anderen Lösungsmitteln unlösliche Stoffe werden als klassifiziert Karboiden. Als Stoffe werden Stoffe bezeichnet, die nur in Schwefelkohlenstoff löslich sind und durch Tetrachlorkohlenstoff ausgefällt werden Carbene. Carboide und Carbene kommen in der Regel in der Zusammensetzung schwerer Produkte der zerstörerischen Ölraffination in einer Menge von mehreren Prozent vor und werden im Folgenden gesondert besprochen. In der Zusammensetzung von Rohölen und in den Rückständen der Primärölraffination kommen sie praktisch nicht vor.

Die Eigenschaften der isolierten Asphaltene hängen auch vom Lösungsmittel ab. Eine Folge der unterschiedlichen Beschaffenheit und Eigenschaften von Lösungsmitteln ist, dass das Molekulargewicht von Asphaltenen aus arabischen Ölen bei Lösung in Benzol im Durchschnitt doppelt so hoch ist wie in Tetrahydrofuran. (Tabelle 2.5).

Tabelle 2.5

Lösungsmittel Lösungsmittelparameter Dielektrisches Dipolmoment, DDurchlässigkeit Durchlässigkeit

Tetrahydrofuran 9,1 7,58 1,75 Benzol 9,2 2,27 0

Bei der Entwicklung von Ideen über die Struktur und Natur von Erdöl-CABs lassen sich zwei Hauptphasen unterscheiden, die durch die allgemeine Idee einer kolloidal-dispersen Struktur verbunden sind, sich jedoch im methodischen Ansatz zur Bewertung der Struktur eines einzelnen Elements unterscheiden der kolloidalen Struktur. In der ersten Phase – der Phase der chemischen Vorstellungen über die Struktur von CAB-Molekülen – wurde ein chemischer Standardansatz verwendet, um die Struktur einer unbekannten Verbindung zu identifizieren. Nach Festlegung des Molekulargewichts, der Elementzusammensetzung und der Bruttoformel der Moleküle von Harzen und Asphaltenen, C n H 2 n - z N p S g O r . Anschließend wurde der Z-Wert berechnet. Bei Harzen lag sie bei 40–50, bei Asphaltenen bei 130–140. Ein typisches Beispiel für die Ergebnisse solcher Studien für CAB-Proben verschiedener in- und ausländischer Öle ist in der Tabelle dargestellt. 2.4. (siehe Tabelle 1.4). Wie man sieht, unterscheiden sich Asphaltene von Harzen aus derselben Quelle durch einen höheren Gehalt an Kohlenstoff und Metallen und einen geringeren Anteil an Wasserstoff, größere Größen polyaromatischer Kerne sowie eine kürzere durchschnittliche Länge großer aliphatischer Substituenten und eine geringere Anzahl von azyklische Fragmente, die direkt mit aromatischen Kernen kondensiert sind.

Die zweite Stufe kann als die Stufe der Entwicklung physikalischer Vorstellungen über die Struktur von Asphaltenen und der Analyse der Gründe charakterisiert werden, die die Assoziationsneigung von Asphaltenen bestimmen. Tatsächlich wurde eine Erklärung der Abhängigkeit des Molekulargewichts von den Bestimmungsbedingungen (siehe Tabelle 2.5) sowie seiner linearen Abhängigkeit von der Größe der Asphaltenpartikel (Abb. 1.5) im Rahmen qualitativ neuer Strukturvorstellungen möglich von Asphaltenen.

Im Jahr 1961 T. Yen schlug das sogenannte Stapelmodell der Struktur von Asphaltenen vom Typ „Platte zu Platte“ vor. Das Modell basierte nicht auf der Notwendigkeit, den berechneten Strukturparametern der Zusammensetzung von Asphaltenen zu entsprechen, sondern auf der grundsätzlichen Möglichkeit einer planparallelen Ausrichtung polyaromatischer Fragmente verschiedener Moleküle. Ihre Kombination als Ergebnis intermolekularer (π-π, Donor-Akzeptor usw.) Wechselwirkungen erfolgt unter Bildung schichtförmiger Stapelstrukturen (der Begriff „Stapelung“ wird in der Molekularbiologie übernommen, um eine stapelartige Anordnung der darüber liegenden Moleküle zu bezeichnen). das andere).

Reis. 2.5. Korrelation zwischen Asphalten-Partikelgröße (D) und ihrem Molekulargewicht (M)

Nach Yens Modell, das auf Röntgenbeugungsdaten basiert, haben Asphaltene eine kristalline Struktur und sind Stapelstrukturen mit einem Durchmesser von 0,9–1,7 nm aus 4–5 Schichten mit einem Abstand von 0,36 nm. Die Größe der Stapelstrukturen senkrecht zur Ebene aromatischer Platten beträgt 1,6–2,0 nm (Abb. 2.6). Gerade Linien zeigen flache polyaromatische Moleküle und gestrichelte Linien zeigen gesättigte Molekülfragmente. Polyaromatische Fragmente werden durch relativ kleine, meist nicht mehr als tetrazyklische Kerne dargestellt. Unter den aliphatischen Fragmenten sind kurze Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, vor allem Methyl, am häufigsten, aber auch lineare verzweigte Alkane mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen sind vorhanden. CAB-Moleküle enthalten auch polyzyklische gesättigte Strukturen mit 1–5 kondensierten Ringen, hauptsächlich Bicyclane.

Im Rahmen des Yen-Modells lässt sich die oben erwähnte Abhängigkeit des Molekulargewichts von Asphaltenen von den Isolationsbedingungen und der Art des Lösungsmittels leicht durch einen Zusammenhang erklären, der mehrere Ebenen der strukturellen Organisation von Asphaltenen voraussetzt: einen molekular dispergierten Zustand ( I), in denen Asphaltene in Form separater Schichten vorkommen; kolloidaler Zustand (II), der das Ergebnis der Bildung von Stapelstrukturen mit charakteristischen Größen ist; ein dispergierter kinetisch stabiler Zustand (III), der bei der Aggregation von Stapelstrukturen entsteht, und ein dispergierter kinetisch instabiler Zustand (IV), begleitet von der Freisetzung eines Niederschlags.

Reis. 2.6. Jens Modell der Struktur von Asphaltenen

Viele moderne Forscher halten an dem Packungsstrukturmodell der Asphaltenstruktur fest. Unger F.G. äußerte einen originellen Standpunkt zum Entstehungsprozess und zur Existenz von CAB in Öl. Öle und Ölsysteme, die CAB enthalten, sind seiner Meinung nach thermodynamisch labile paramagnetische assoziierte Lösungen. Die Kerne der Assoziate solcher Lösungen werden von Asphaltenen gebildet, in denen stabile freie Radikale lokalisiert sind, und die die Kerne umgebenden Solvatationsschichten bestehen aus diamagnetischen Harzmolekülen. Einige diamagnetische Harzmoleküle sind in der Lage, in einen angeregten Triplettzustand überzugehen und eine Hämolyse zu durchlaufen. Daher sind Harze eine potenzielle Quelle für Asphaltene, was die Feststellung von L.G. Gurvich erklärt. einfache Umwandlung von Harzen in Asphaltene.

Die Neuheit der vorgestellten Ideen ist also mit der Bestätigung der besonderen Rolle von Austauschinteraktionen bei der Erklärung der Natur von CAB verbunden. Im Gegensatz zum Burst-Modell wird die Idee einer zentralsymmetrischen Struktur des CAB-Partikels entwickelt. Es wurde erstmals von D. Pfeiffer und R. Saal postuliert, die ein statisches Modell für die Struktur der Struktureinheit von Asphaltenen vorschlugen. Danach besteht der Kern der Struktureinheit aus hochmolekularen polyzyklischen Kohlenwasserstoffen und ist von Komponenten mit allmählich abnehmendem Aromatizitätsgrad umgeben. Neumann G. betonte, dass es energetisch vorteilhaft sei, polare Gruppen in die Struktureinheit und Kohlenwasserstoffradikale nach außen zu lenken, was mit der Regel des Polaritätsausgleichs nach Rehbinder übereinstimme.

Porphyrine sind typische Beispiele für native Erdölkomplexverbindungen. Porphyrine mit Vanadium als Koordinationszentrum (in Form von Vanadyl) oder Nickel (siehe 11). Erdölvanadylporphyrine sind hauptsächlich Homologe zweier Serien: Alkyl-substituierte Porphyrine mit unterschiedlicher Gesamtzahl an Kohlenstoffatomen in den Seitensubstituenten des Porphinrings und Porphyrine mit einem zusätzlichen Cyclopentenring. Metallporphyrinkomplexe sind in natürlichen Bitumen bis zu 1 mg/100 g und in hochviskosen Ölen bis zu 20 mg/100 g Öl enthalten. Bei der Untersuchung der Art der Verteilung von Metallporphyrinkomplexen zwischen den Bestandteilen der Mehrwertsteuer mithilfe von Extraktions- und Gelchromatographiemethoden wurde festgestellt, dass 40 % der Vanadylporphyrine in dispergierten Partikeln konzentriert sind (ungefähr gleich in der Zusammensetzung des Kerns und der Solvatationsschicht). ), und der Rest davon sowie Nickelporphyrine sind in der dispergierten Umgebung enthalten.

Vanadylporphyrine in Asphaltenen tragen erheblich zur Oberflächenaktivität von Ölen bei, während die intrinsische Oberflächenaktivität von Asphaltenen gering ist. So zeigte eine Untersuchung von Ölen aus Baschkirien, dass die Oberflächenspannung von Ölen an der Grenzfläche zu Wasser stark mit dem Gehalt an Vanadylporphyrinen in ihnen korreliert, während der Korrelationskoeffizient mit dem Gehalt an Asphaltenen in ihnen relativ niedrig ist (Abb. 2.7). .

Der Einfluss von Metallporphyrinen auf die dispergierte Struktur von Öl und die Bedingungen für Phasenübergänge in Ölsystemen wurde in geringerem Umfang untersucht. Es gibt Hinweise darauf, dass sie zusammen mit anderen heteroatomaren Komponenten einen negativen Einfluss auf katalytische Prozesse der Ölraffinierung haben. Darüber hinaus sollten sie die Kinetik und den Mechanismus von Phasenübergängen im SDS stark beeinflussen.

Reis. 2.7. Isothermen der Grenzflächenspannung a an der Grenze zu Wasser:

a – Benzollösungen von Asphaltenen: 1- Asphaltene mit Porphyrinen; 2–5 – Asphaltene als Porphyrine werden nach einer, fünf, sieben bzw. dreizehn Extraktionen entfernt; b - Öle aus Baschkirien

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