Химический состав нефтей. Циклические соединения

1. Химия нефти и газа

Лекция №7
Химический состав нефтей.
Циклические соединения.
02.02.2019

2.

Циклические углеводороды
Алициклические
углеводороды
Ароматические
углеводороды
циклоалканы,
циклоалкены,
циклоалкины
2
02.02.2019

3.

Алициклические углеводороды
Циклоалканы или цикланы – углеводороды,
содержащие в молекуле циклы (кольца),
построенные из атомов углерода
(карбоциклические соединения),
связанные между собой σ-связью.
В технической литературе (в том числе и в нефтяной)
циклоалканы называют нафтенами. Последнее название
им дал В.В. Марковников, впервые открывший эти
углеводороды в 1833 году в бакинских нефтях.
3
02.02.2019

4.

1. Моноцикланы
Название циклоалканов образуется путём добавления
приставки
цикло-
к
названию
соответствующего
линейного алкана с тем же числом атомов углерода:
H2C
H2C CH2
CH2
H2C
циклопропан
H2C CH2
циклобутан
H2C C H2
C H2
H2C
C H2
CH2
C H2
циклопентан
H2C
H2C
C H2
CH2
циклогексан
4
02.02.2019

5.

Замещённые циклоалканы называют и нумеруют так
же, как и их ациклические (нециклические аналоги):
H CH3
C
H2C
CH2
H2C
C C2H5
C H
H2
1-метил-3-этилциклогексан
5
CH3
H2C C CH3
CH2
H2C
CH2
1,1-диметилциклопентан
02.02.2019

6.

Для удобства циклоалканы часто изображают в виде
геометрических фигур. При этом подразумевается, что во
всех углах фигуры находятся атомы углерода, а все
свободные валентности заняты атомами водорода:
CH2-CH3
CH3
CH3
CH3
CH2-CH2-CH3
1,2 – диметилциклогексан
метилциклопентан
6
1 – этил -3 – пропилциклогексан
02.02.2019

7.

2. Бициклические алканы.
Когда 2 цикла имеют два общих соседних атома
углерода, они образуют конденсированную систему. Если
общими для двух циклов являются несмежные атомы,
возникает
мостиковая
система.
Циклы,
связанные
простой связью, называют ансамблями циклов.
Конденсированная система
бицикло[4.4.0]декан
Ансамбль циклов
бициклогексил
( бициклогексан)
7
02.02.2019

8.

Циклоалканы (нафтеновые углеводороды,
нафтены) в различных нефтях содержатся в
количестве от 40 до 70%. Эти углеводороды в
основном представлены циклопентановыми и
циклогексановыми структурами:
8
02.02.2019

9.

В бензиновые фракции попадают циклоалканы,
имеющие в молекуле от 5 до 10 атомов углерода (С5
– С10), т.е. циклопентан, циклогексан и их гомологи,
например:
9
02.02.2019

10.

Во фракциях 200-350°С (керосино-газойлевых)
значительную долю составляют бициклические и
трициклические углеводороды:
В более высококипящих фракциях могут
содержаться углеводороды, имеющие в молекуле 4 и
10
5 колец.
02.02.2019

11.

За исключением циклопропана и циклобутана
циклоалканы по реакционной способности очень
похожи на алканы.
Трехчленные и четырехчленные кольца
отличаются малой устойчивостью и при действии
на них различных реагентов в обычных условиях
легко разрываются с присоединением реагентов по
концевым атомам углерода:
11
02.02.2019

12.

CH2
H2C
CH2
циклопропан
CH2
H2C
CH2
циклопропан
CH2
H2C
CH2
циклопропан
12
+ H2
+ Cl2
CH3CH2CH3
пропан
CH2CH2CH2
Cl
Cl
1,3-дихлорпропан
+ HBr
CH2CH2CH2
H
Br
1-бромпропан
02.02.2019

13.

Циклопентан и циклогексан реагируют с
различными реагентами так же, как и алканы в
аналогичных условиях, т.е. для них основными
являются реакции замещения атомов водорода
на другие атомы или функциональные группы.
13
02.02.2019

14.

1. При обычных условиях они не присоединяют водород,
однако при 300 С на катализаторе (Pd или Pt) циклогексан и
его гомологи дегидрируются до бензола и его гомологов:
CH3
o
300 C
Pt, Pd
циклогексан
14
+ 3 H2 ;
бензол
CH3
300oC
+ 3 H2
Pt, Pd
метилциклометилбензол
гексан
толуол
02.02.2019

15.

2. С галогенами идет реакция замещения при
нагревании или ультрафиолетовом освещении:
+ Сl2
циклогексан
15
h
Cl
+ HCl
хлорциклогексан
02.02.2019

16.

3. С галогеноводородами (НСl, НВr) и серной
кислотой они не реагируют. С азотной кислотой идет
реакция нитрования по методу Коновалова:
o
100-140 C
+ HNO3
(12-14%)
циклопентан
16
NO2 + H2O
нитроциклопентан
02.02.2019

17.

4.
При
действии
сильных
окислителей
(конц.
раствор КМnO4) идет окисление с разрывом кольца и
образуются дикарбоновые кислоты :
[O]
HOOC
циклогексан
CH2 CH2 CH2 CH2 COOH
адипиновая кислота
Дикарбоновые кислоты широко применяются в
нефтехимическом синтезе. В частности, на их основе
получают полиэфирные и полиамидные волокна.
17
02.02.2019

18.

В более лёгких условиях окисления циклоалканы
окисляются без разрыва цикла. При этом в зависимости
от условий из циклогексана могут быть получены спирт
(циклогексанол) или кетон (циклогексанон):
OH циклогексанол
O2
CoCl2
O
циклогексанон .
Циклогексанол применяют как растворитель для
полимеров, а циклогексанон - в производстве
капролактама.
02.02.2019
18

19.

Капролактам используется для получения
полиамидного волокна - капрона.
O
N
H2N-OH
-H2O
циклогексанон
19
OH
+
H
оксим
циклогексанона
O
NH
капролактам .
02.02.2019

20.

Циклоалканы нефти, влияние на свойства
нефтепродуктов
Нефти содержат от 25 до 75 % (масс.) циклоалканов.
Содержание и распределение структур циклоалканов по
фракциям определяется типом нефти.
Моноциклические циклоалканы являются
преобладающими компонентами нефти. Они
представлены преимущественно метилзамещёнными
циклопентанами и циклогексанами.
Преобладают соединения, замещённые в положении 1,3 и
1,2,3. Циклогексановые гомологи более распространены,
чем циклопентановые. В небольшом количестве в нефтях
найдены алкилциклогептаны.
20
02.02.2019

21.

Из бициклоалканов в нефтях найдены
конденсированные соединения.
В настоящее время из нефтей выделяют лишь
циклогексан, который используют в
нефтехимическом синтезе, и производные адамантана,
применяемые в различных областях (лекарственные
вещества, полимеры и др.).
ИЛИ
.
Другие циклоалканы нефтей используют в качестве
добавок к бензинам, либо перерабатывают с целью
получения ароматических углеводородов.
21
02.02.2019

22.

Чем больше циклоалканов содержат бензины и
керосины, тем более высококачественными
топливами они являются.
По отношению к детонационной стойкости они
занимают среднее положение между алканами
нормального строения и аренами. Наиболее
высокими антидетонационными свойствами
обладают циклопентан и циклогексан
22
02.02.2019

23.

В дизельных топливах желательны
моноциклоалканы с длинными боковыми
цепями. Для реактивных топлив особенно
желательны малоразветвлённые
моноциклоалканы, поскольку при сгорании они
выделяют много тепла и обладают низкой
температурой застывания.
23
02.02.2019

24.

Для смазочных масел предпочтительнее
моно- и бициклические циклоалканы с
длинными боковыми цепями. Они имеют
хорошую вязкость, смазывающую
способность, низкую температуру
застывания.
24
02.02.2019

25. Спасибо за Ваше внимание!

25
02.02.2019