Алкилирование нефтяной экстрагированной тяжелой фракции некоторыми субстратами с целью снижения содержания опасных ПАУ

Abstract

В работе проводилось исследование химического воздействия на канцерогенно опасные соединения нефтяной экстрагированной тяжелой фракции алкилирующими агентами на различных катализаторах. Нефтяная экстрагированная тяжелая фракция представляет собой концентрат полициклических ароматических углеводородов, представляющих значительный интерес для получения масел-пластификаторов для шин и каучуков. Однако часть полициклических ароматических углеводородов являются канцерогенно опасными благодаря наличию в них«bay»-протонов, активных в реакциях электрофильного замещения и ответственных за мутации ДНК. Процесс алкилирования проводили в аппарате, состоящем из реактора, снабженного верхнеприводной мешалкой, в рубашку которого из термостата подается теплоноситель определенной температуры, варьируя условия процесса и алкилирующие агенты. В качестве алкилирующих агентов использовали известные доступные и хорошо изученные на примере одноядерных ароматических соединений реагенты: алкены в присутствии катализатора - треххлористого алюминия, спирты с использованием катализатора - хлористого цинка, а также сульфатный скипидар (а-пинен) в присутствии ортофосфорной кислоты. Действие алкилирующих агентов направлено на замещение «Ьау»-протонов в молекулах полициклических ароматических углеводородов. Замещение «Ьау»-протонов приводит к переводу канцерогенно опасного соединения в безопасное. После выделения продукта алкилирования определяли в нем содержание «bay»- протона и опасных полициклических ароматических углеводородов. Снижение содержания «Ьау»-протонов характерно для всех образцов. Это свидетельствует об осуществлении реакции алкилирования. При этом наблюдается влияние природы алкилирующего агента на конечный результат. В продуктах реакции при алкилировании цетиловым спиртом с минимальным содержанием «Ьау»-протона (0,93 %) содержание суммы 8 полициклических ароматических углеводородов снизилось практически на 70 %. Однако для других алкилирующих агентов содержание «Ьау»-протона и полициклических ароматических углеводородов изменилось не столь значительно. В целом неглубокое алкилирование «Ьау»-протона связано, возможно, с одной стороны, с зависимостью реакции алкилирования от использованных реагентов в реакции, а точнее от ее обратимости, влияния устойчивости образующегося ст-комплекса (кинетический контроль), стабильности конечных продуктов (термодинамический контроль), а с другой стороны, с влиянием выбранного субстрата - нефтяной экстрагированной тяжелой фракции, очень вязкой жидкости даже в растворе. Последнее обстоятельство также ограничивает возможности реакции алкилирования. The study investigated the chemical effects on carcinogenically dangerous compounds of oilextracted heavy fraction with alkylating agents on various catalysts. The oil extracted heavy fraction is a concentrate of polycyclic aromatic hydrocarbons that are of considerable interest for the production of plasticizer oils for tires and rubbers. However, some polycyclic aromatic hydrocarbons are carcinogenically dangerous due to the presence in them of “bay” protons that are active in electrophilic substitution reactions and responsible for DNA mutations. The alkylation process was carried out in an apparatus consisting of a reactor equipped with an overhead stirrer, into the jacket of which a coolant of a certain temperature was fed from a thermostat; the process conditions and alkylating agents varied. In the capacity of alkylating agents, the known reagents were used, available and well-studied, for example mononuclear aromatic compounds: alkenes in the presence of a catalyst (aluminum trichloride), alcohols with the use of a catalyst (zinc chloride), and sulphate turpentine (a-pinene) in the presence of orthophosphoric acid. The action of alkylating agents is to replace the “bay” protons in the polycyclic aromatic hydrocarbon molecules. Replacement of the “bay” protons leads to the transfer of a carcinogenicallydangerous compound into a safe one. After isolating the alkylation product, the content of the “bay” proton and hazardous polycyclic aromatic hydrocarbons has been determined. The reduction in the content of the “bay” protons is typical for all samples. This indicates the implementation of the alkylation reaction. The effect of the nature of the alkylating agent on the final result has been observed. In the reaction products during alkylation with cetyl alcohol with a minimum content of the “bay” proton (0.93 %), the content of the sum of 8 polycyclic aromatic hydrocarbons has decreased by almost 70 %. However, for other alkylating agents, the content of the “bay” proton and polycyclic aromatic hydrocarbons has not changed significantly. On the whole, the shallow alkylation of the “bay” proton is probably connected, on the one hand, with the dependence of the alkylation reaction on the reagents used in the reaction, or rather on its reversibility, the influence of stability of the resulting ст-complex (kinetic control), stability of the final products (thermodynamic control); on the other hand, with the influence of the selected substrate, that is, oil extracted heavy fraction, a very viscous liquid even in a solution. The latter circumstance also limits the ability of the alkylation reaction.