Нафтенов (цикланов)
Полициклические нафтены могут иметь неконденсированное и конденсированное строение. Среди неконденсированных структур выделяются нафтеновые циклы сочленённые связью С–С, циклы изолированные метиленовыми группами (СН2) и циклы связанные мостиком, например бициклооктан и бициклононан. Смежные структуры конденсированных нафтенов содержат два общих атома углерода (см. рис. 3 – бициклодекан). Молекулы полициклических конденсированных нафтенов представляют собой системы, содержащие от двух до пяти циклов (би-, три-, тетра- (четыре), пента-) и могут состоять из различных комбинаций пяти- и шестичленных циклов, которые часто содержат алкильные цепи: СН3, С2Н5, С3Н7 и др. В калифорнийской нефти найдены бициклические нафтены, содержание четырёхчленный цикл.
Нафтены С3-С4 являются газами, С5-С7 жидкостями, С8 и выше – твердыми веществами. Содержание нафтенов в нефтях колеблется в пределах от 25 до 80 %. Среди соединений нефти нафтены наименее токсичны и даже обладают стимулирующим действием на живые организмы.
Ароматические УВ, или арены (Аr) – это класс УВ, содержащий шестичленные циклы с бензоидной (бензольной) системой связей (рис. 4). При этом к ароматическим относят алкилароматические УВ, в состав которых входят ароматические кольца и алифатические заместители (радикалы), а также УВ смешанного типа строения, то есть УВ, содержащие нафтеновые кольца и хотя бы одно бензольное кольцо. Они, как и нафтены, разделяются на моно- и полициклические структуры.
Рис. 4. Структурные формулы
Ароматических ув
Моноциклические структуры представлены бензолом С6Н6 и его гомологами. Гомологи образуются при замещении атомов водорода в молекуле бензола алкильными радикалами, при этом группу атомов С6Н5 называют фенилрадикалом. Арены – ненасыщенные УВ и способны вступать в реакции с водородом, переходя в циклогексановые УВ. Отличительной их особенностью является предпочтение к реакциям замещения атомов водорода, а не присоединения.
Арены, по сравнению с алканами и нафтенами содержатся в нефти, как правило, в меньших количествах, в основном от 10 до 25 %, но иногда их содержание достигает 50 %. Ароматические и особенно полиароматические УВ имеют наименьшее атомное отношение Н/С, от 1 до 0,5, и наибольшую плотность. Арены являются наиболее токсическими компонентами нефтей, например, при концентрации в воде всего 1 % они убивают все водные растения.
Гибридные УВ. Молекулы УВ гибридного (смешанного) строения содержат структурные элементы трёх типов: ароматические кольца, нафтеновые циклы и различные алифатические радикалы (алкильные цепи) (рис. 5). Сочетание этих структурных элементов может быть самым разнообразным. Гибридное строение в нефтях имеет от 20 до 50 % высокомолекулярных УВ. Ал. А. Петров (1984) гибридные УВ не выделяет и включает их в состав ароматических УВ.
Рис. 5. Гибридный УВ со стероидной структурой
Этилеовые УВ или алкены, олефины. Это – непредельные (ненасыщенные) УВ с открытой цепью, в молекулах которых между углеродными атомами имеется одна двойная связь.
Как и предельные УВ, алкены образуют свой гомологический ряд с общей формулой CnH2n. Простейшим представителем этого ряда и его родоначальником является этилен С2Н4 (Н2С=СН2), за ним следует пропилен С3Н6 (Н3С–СН=СН2).
Алкены обнаружены в нефтях только в конце ХХ века. В ряде нефтяных месторождений их количество достигает 8-10 %. Вероятно они образуются в результате радиолитического дегидрирования алканов при воздействии естественного радиоактивного излучения в недрах. Имеются и другие гипотезы об образовании алкенов.