Нафтены и арены

Нафтены
В нефти содержатся нафтеновые углеводороды циклического строения CnH2n – циклоалканы. Например:
По общему содержанию нафтены во многих нефтях преобладают над остальными классами углеводородов. В различных нефтях от 25 до 75% циклопарафинов. Нафтены входят в состав всех нефтей и присутствуют во всех фракциях. Их содержание растет по мере утяжеления фракций.

Физические свойства
Температура кипения циклопарафинов больше температуры кипения парафинов. Циклоалканы во многом определяют состав нефти и
свойства нефтепродуктов, однако нафтены не выделяют из нефти, а получают синтетически, например по реакции Вюрца, т.е. дегалогенированием дигалогенпроизводных углеводородов:

Химические свойства
Циклопентан и циклогексан в химическом отношении ведут себя аналогично пентану и гексану. Циклопропан и циклобутан более активны, они легко вступают в реакции присоединения с раскрытием кольца и образованием ациклических (линейных) продуктов:
Циклогексан при нагревании на тех же катализаторах, но без водорода дегидрируется в ароматический углеводород - бензол (реакция Зелинского):

Химические свойства
Это одна из наиболее важных реакций, протекающих в промышленном процессе ароматизации бензиновых фракций. Для циклоалканов характерны также реакции свободнорадикального замещения в цикле:

Химические свойства
При действии сильных окислителей циклопарафины образуют двухосновные карбоновые кислоты с тем же числом атомов углерода:
Продукты окисления используются в производстве синтетических волокон, пластификаторов пластмасс.

Распределение по фракциям
В настоящее время в бензиновых фракциях различных нефтей обнаружено более 50 индивидуальных представителей этого класса углеводородов:
1)в бензинах и частично в керосинах присутствуют - моноциклические нафтены рядов циклопентана и циклогексана. В среднем циклопентановое кольцо преобладает над циклогексановым.
2)основная масса полициклических нафтенов имеет конденсированное строение. Количество углеродных атомов в боковых цепях нафтенов может быть разнообразным - от 3 до 10 в средних фракциях и от 20 до 28 в высококипящих фракциях нефти.

Арены и их распределение по фракциям
Основная масса моноциклических аренов представлена в нефти полиметилзамещенными бензола.
Общее содержание моноциклических аренов в нефтях:
во фракции до 200С - 5-25%;
во фракции 200-350С - 15-35% (наряду с производными бензола присутствует нафталин и его гомологи - бициклические конденсированные ароматические углеводороды);
во фракции > 350С – небольшое количество (полициклические ароматические углеводороды с 3,4,5-ю конденсированными бензольными кольцами).

Арены и их распределение во фракциях
Строение аренов, присутствующих во фракциях нефти, следующее:

Физические свойства
По своему агрегатному состоянию моноциклические арены - жидкости с различными температурами кипения. Конденсированные полициклические арены - твердые вещества с различными температурами плавления. Плотности и показатели преломления аренов выше, чем у соответствующих алканов и циклоалканов.

Химические свойства
I Реакции электрофильного замещения в кольце. Протекают сравнительно легко по следующей схеме:

Химические свойства
Существуют определенные правила ориентации в реакциях электрофильного замещения в ароматическом ряду: место вступления второго заместителя в бензольное кольцо определяется природой уже имеющегося заместителя.
Заместители бывают двух типов:
2) электроноакцепторные: -NO2, -SO3H, -COH, -COOH, способствующие электрофильному замещению в метаположение бензольного кольца и называются заместителями II рода:
1) электронодонорные: -CH3, -OH,-NH2,-Cl(-F,-Br, -I), способствующие электрофильному замещению в орто- и пара- положениях бензольного кольца и называются заместителями I рода:

Химические свойства
II Реакции присоединения протекают трудно в жестких условиях по следующей схеме:

Химические свойства
III Реакции окисления. Незамещенные бензолы окисляются трудно в жестких условиях. Алкилбензолы окисляются легко, по α-звену боковой цепи, образуя соответствующие карбоновые кислоты по схеме: