Les acides naphténiques (NA) sont un mélange de plusieurs acides cyclopentyl et cyclohexylcarboxyliques avec un poids moléculaire de 120 à 700 unités de masse atomique ou plus. La fraction principale est constituée d'acides carboxyliques avec un squelette carboné de 9 à 20 atomes de carbone. Les scientifiques affirment que les acides naphténiques (NA) sont des acides carboxyliques cycloaliphatiques avec 10 à 16 atomes de carbone, bien que des acides contenant jusqu'à 50 atomes de carbone aient été trouvés dans les huiles lourdes.
Étymologie
Le terme a ses racines dans le terme quelque peu archaïque "naphtène" (cycloaliphatique mais non aromatique), qui est utilisé pour classer les hydrocarbures. Il était à l'origine utilisé pour décrire un mélange complexe d'acides à base de pétrole lorsque les méthodes analytiques disponibles au début des années 1900 ne pouvaient en identifier que quelques-uns avec précision.composants de type naphténique. Aujourd'hui, l'acide naphténique est utilisé plus généralement pour désigner tous les acides carboxyliques présents dans le pétrole (qu'ils soient composés cycliques, acycliques ou aromatiques) et les acides carboxyliques contenant des hétéroatomes tels que N et S. De nombreuses études ont montré que la plupart des acides cycloaliphatiques contiennent également des acides les acides aliphatiques à chaîne ramifiée et les acides aromatiques. Certains acides contiennent > acides aliphatiques et aromatiques combinés à 50 %.
Formule
Les acides naphténiques sont représentés par la formule générale CnH2n-z O2, où n est le nombre d'atomes de carbone et z est la série homologue. La valeur z est de 0 pour les acides acycliques saturés et passe à 2 dans les acides monocycliques, à 4 dans les acides bicycliques, à 6 dans les acides tricycliques et à 8 dans les acides tétracycliques.
Les sels d'acides appelés naphténates sont largement utilisés comme sources d'ions métalliques hydrophobes dans une variété d'applications. Les sels d'aluminium et de sodium de l'acide naphténique et de l'acide palmitique ont été combinés pendant la Seconde Guerre mondiale pour fabriquer du napalm. Et le napalm a été synthétisé avec succès. Le mot "napalm" vient des mots "acide naphténique" et acide palmitique".
Raccord d'huile
La nature, l'origine, l'extraction et l'utilisation commerciale de l'acide naphténique sont étudiées depuis un certain temps. On sait que le pétrole brut provenant de gisements situés en Roumanie, en Russie, au Venezuela, en mer du Nord, en Chine et en Afrique de l'Ouestcontient une grande quantité de composés acides par rapport à la plupart des pétroles bruts américains. La teneur en acides carboxyliques de certains produits pétroliers californiens est particulièrement élevée (jusqu'à 4 %), les classes les plus courantes d'acides carboxyliques étant les acides cycloaliphatiques et aromatiques.
Composition
La composition varie en fonction de la composition du pétrole brut et des conditions de traitement et d'oxydation. Les fractions riches en acides naphténiques peuvent causer des dommages par corrosion aux équipements de raffinerie, de sorte que le phénomène de corrosion acide (NAC) a été bien étudié. Le pétrole brut hautement acide est souvent appelé pétrole brut à indice d'acide total élevé (TAN) ou pétrole brut à acidité élevée (HAC). Les acides naphténiques sont un contaminant majeur dans l'eau provenant de l'extraction du pétrole des sables bitumineux de l'Athabasca (AOS). Les acides ont une toxicité aiguë et chronique pour les poissons et d'autres organismes.
Environnement
Dans son article souvent cité publié dans Toxicological Sciences, Rogers a déclaré que les mélanges d'acides naphténiques sont les polluants environnementaux les plus importants provenant de la production des sables bitumineux. Ils ont constaté que dans les pires conditions, la toxicité aiguë est peu probable pour les mammifères sauvages exposés aux acides dans l'eau, mais une exposition répétée peut avoir des effets néfastes sur la santé.
Dans son article de 2002cité plus de 100 fois, Rogers et al ont rapporté une procédure de laboratoire à base de solvant conçue pour extraire efficacement les acides de grands volumes d'eau du bassin de résidus des sables bitumineux d'Athabasca (TPW). Les acides naphténiques sont présents dans les eaux de résidus AOS (TPW) à une concentration estimée de 81 mg/L, un niveau trop faible pour que le TPW soit considéré comme une source viable de récupération commerciale.
Supprimer
L'acide naphténique est éliminé des substances pétrolières non seulement pour minimiser la corrosion, mais aussi pour récupérer des produits commercialement utiles. La plus grande utilisation actuelle et historique de cet acide est dans la production de naphténates métalliques. Les acides sont extraits des distillats de pétrole par extraction alcaline, régénérés dans un processus de neutralisation des acides, puis distillés pour éliminer les impuretés. Les acides vendus dans le commerce sont classés par indice d'acide, niveau d'impureté et couleur. Utilisé pour produire des naphténates métalliques et d'autres dérivés tels que des esters et des amides.
Naphténates
Les naphténates sont des sels acides analogues aux acétates correspondants, mieux définis mais moins utiles. Les naphténates, comme les acides naphténiques du pétrole, sont très solubles dans les milieux organiques tels que les peintures. Ils sont utilisés dans l'industrie, y compris la production de ces choses utiles: détergents synthétiques, lubrifiants, inhibiteurs de corrosion, additifs pour carburant et huile lubrifiante, conservateurspour le bois, les insecticides, les fongicides, les acaricides, les agents mouillants, les épaississants au napalm et les déshydratants d'huile utilisés dans la peinture et le traitement de surface du bois.
Sables bitumineux
Une étude indique que les acides naphténiques sont le polluant environnemental le plus actif de toutes les substances dérivées de l'extraction du pétrole des sables bitumineux. Cependant, dans des conditions de fuite et de contamination, il est peu probable qu'une toxicité aiguë se produise chez les mammifères sauvages exposés aux acides dans l'eau des bassins de résidus, mais une exposition répétée peut avoir des effets néfastes sur la santé animale. Les acides sont présents dans les sables bitumineux et les eaux de résidus à une concentration estimée de 81 mg/L.
En utilisant les protocoles de l'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) pour les tests de toxicité, des chercheurs américains ont fait valoir que, sur la base de leurs études, les AN purifiés, lorsqu'ils étaient pris par voie orale, n'étaient pas extrêmement génotoxiques pour les mammifères. Cependant, les dommages causés par les END à la suite d'une exposition à court terme lors d'une exposition aiguë ou intermittente peuvent s'accumuler lors d'expositions répétées.
Cyclopentane
Le cyclopentane est un hydrocarbure alicyclique inflammable de formule chimique C5H10 et de numéro CAS 287-92-3, composé d'un cycle de cinq atomes de carbone, chacun lié à deux atomes d'hydrogène au-dessus et au-dessous du plan. Il est souvent présenté sous la formeliquide incolore avec une odeur semblable à l'essence. Son point de fusion est de -94°C et son point d'ébullition est de 49°C. Le cyclopentane appartient à la classe des cycloalcanes et sont des alcanes avec un ou plusieurs cycles d'atomes de carbone. Il est formé par craquage du cyclohexane en présence d'alumine à haute température et pression.
La production d'acides naphténiques, dont le cyclopentane, a perdu son ancien caractère de masse ces dernières années.
Il a été préparé pour la première fois en 1893 par le chimiste allemand Johannes Wieslikus. Récemment, il est souvent appelé acides naphténiques.
Rôle dans la production
Le cyclopentane est utilisé dans la production de résines synthétiques et d'adhésifs en caoutchouc, et comme agent gonflant dans la production de mousse isolante en polyuréthane, que l'on trouve dans de nombreux appareils électroménagers tels que les réfrigérateurs et les congélateurs, remplaçant les alternatives nocives pour l'environnement telles que CFC -11 et HCFC- 141b.
Les lubrifiants à alkylation multiple du cyclopentane (MAC) ont une faible volatilité et sont utilisés dans certaines applications spécialisées.
Les États-Unis produisent plus d'un demi-million de kilogrammes de ce produit chimique par an. En Russie, les acides naphténiques (y compris le cyclopentane) sont produits en tant que produit naturel du traitement du pétrole.
Les cycloalcanes peuvent être fabriqués à l'aide d'un procédé connu sous le nom de reformage catalytique. Par exemple, le 2-méthylbutane peut être converti en cyclopentane en utilisant un catalyseur au platine. Ceci est particulièrement utilisé dansvoitures, car les alcanes ramifiés brûlent beaucoup plus vite.
Caractéristiques physiques et chimiques
Étonnamment, leurs cyclohexanes commencent à bouillir 10 °C de plus que l'hexahydrobenzène ou l'hexanaphtène, mais cette énigme a été résolue en 1895 par Markovnikov, N. M. Kishner et Nikolai Zelinsky lorsqu'ils ont transformé l'hexahydrobenzène et l'hexanaphtène en méthylcyclopentane - le résultat d'un contrecoup inattendu.
Bien que plutôt non réactif, le cyclohexane subit une oxydation catalytique pour former de la cyclohexanone et du cyclohexanol. Un mélange de cyclohexanone-cyclohexanol, appelé "huile KA", est la matière première de l'acide adipique et du caprolactame, précurseurs du nylon.
Demande
Il est utilisé comme solvant dans certaines marques de liquide correcteur. Le cyclohexane est parfois utilisé comme solvant organique non polaire, bien que le n-hexane soit plus couramment utilisé à cette fin. Il est également souvent utilisé comme solvant de recristallisation, car de nombreux composés organiques présentent une bonne solubilité dans le cyclohexane chaud et une faible solubilité à basse température.
Le cyclohexane est également utilisé pour calibrer les instruments de calorimétrie différentielle à balayage (DSC) en raison de la transition pratique cristal à cristal à -87,1 °C.
Les vapeurs de cyclohexane sont utilisées dans les fours de cémentation sous vide dans la fabrication d'équipements de traitement thermique.
Déformation
Un anneau à 6 sommets ne correspond pas à la forme d'un hexagone parfait. La conformation de l'hexagone plan a une contrainte angulaire importante car ses liaisons ne sont pas à 109,5 degrés. La déformation en torsion sera également importante car toutes les liaisons seront éclipsées.
Ainsi, afin de réduire la déformation en torsion, le cyclohexane adopte une structure tridimensionnelle dite "chaise conformationnelle". Il existe également deux autres conformateurs intermédiaires - "demi-chaise", qui est le conformateur le plus instable, et "twist boat", qui est plus stable. Ces noms excentriques ont été proposés pour la première fois dès 1890 par Hermann Sachs, mais ont été largement acceptés bien plus tard.
La moitié des atomes d'hydrogène sont dans le plan de l'anneau (équatorialement), et l'autre moitié est perpendiculaire au plan (axialement). Cette conformation fournit la structure de cyclohexane la plus stable. Il existe une autre conformation du cyclohexane connue sous le nom de "conformation de bateau", mais elle se convertira en une formation de "selles" légèrement plus stable.
Le cyclohexane a l'angle et la déformation de torsion les plus faibles de tous les cycloalcanes, ce qui fait que le cyclohexane est considéré comme 0 dans la déformation totale de l'anneau. Il en va de même pour les sels de sodium des acides naphténiques.
Phases
Cyclohexane a deux phases cristallines. Phase I haute température, stable entre +186 °C et la températurepoint de fusion +280 °C, est un cristal plastique, ce qui signifie que les molécules conservent une certaine liberté de mouvement. La phase II à basse température (inférieure à 186°C) est plus ordonnée. Les deux autres phases III et IV à basse température (métastables) ont été obtenues en appliquant des pressions modérées supérieures à 30 MPa, et la phase IV apparaît exclusivement dans le cyclohexane deutéré (notez que l'application de la pression augmente toutes les températures de transition).
