rp_himiya_geteroatomnyh_soedineniy_egorova

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Институт химии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической работе
проф., д.филол.н Елина Е.Г.
___________________________
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины
Химия гетероатомных соединений нефти
Направление подготовки
020100 – Химия
Профиль подготовки
Органическая и биоорганическая химия
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов,
2011 год
1. Цели освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Химия гетероатомных соединений нефти»
является формирование у студентов компетенций, связанных с пониманием
теоретических и практических основ химии гетероатомных соединений
нефти, для последующего применения полученных знаний и навыков при
освоении вариативных дисциплин профиля «органическая и биоорганическая
химия» и выполнения
профессиональных задач, на основе умения
планировать,
организовывать
свою
деятельность,
самостоятельно
приобретать знания, используя различные источники информации.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Химия гетероатомных соединений нефти» относится
вариативным
дисциплинам профессионального цикла и обеспечивает
содержательную
взаимосвязь
естественнонаучных
дисциплин
с
профессиональными дисциплинам профиля подготовки «органическая и
биоорганическая химия». Материал дисциплины базируется на знаниях по
органической химии, химии высокомолекулярных соединений, химической
технологии в объеме курсов ООП по направлению 020100 «Химия» и
является основой для последующего изучения вариативных дисциплин. Для
успешного освоения дисциплины студент должен уметь проводить
визуальный титрометрический, спектральный анализ и метрологическую
обработку результатов эксперимента, полученных в ходе изучения
дисциплины «Аналитическая химия».
Приобретенные в рамках дисциплины «Химия гетероатомных
соединений нефти» умения применять методы анализа для оценки качества
нефтепродуктов необходимы как иллюстрация практического использования
гетероатомных соединений в последующем вариативном курсе «Химия
гетероциклических соединений», при выполнении квалификационной работы
«бакалавр» по профилю органическая и биоорганическая химия, в
профессиональной деятельности в области производства продуктов
основного органического синтеза и нефтепереработки.
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины (модуля)
В результате освоения дисциплины «Химия гетероатомных соединений
нефти» формируются следующие компетенции:
- представление основных химических, физических и технических
аспектов химического промышленного производства с учетом сырьевых и
энергетических затрат (ПК-5);
- понимание сущности и социальной значимости профессии, основные
перспективы и проблемы, определяющие работу в области нефтепереработки
(ПК-1);
- владение навыками химического эксперимента, основными
аналитическими методами исследования химических веществ и реакций (ПК4).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать:
- природные источники и состав основных компонентов нефти, в том числе
и неуглеводородной природы;
- значение гетероатомных соединений для процессов нефтепереработки;
-
возможность
расширения
ресурсов
и
рационализации
способов
переработки и использования ценнейшего природного сырья – нефти.
•Уметь:
- применять методы качественного и количественного определения
гетероатомных соединений нефти;
- исследовать структуру гетероатомных соединений нефти.
•Владеть:
- методами эксперимента, выделения, очистки органических веществ и
определения их физических констант;
навыками по определению группового химического состава
неуглеводородных компонентов нефти.
4. Структура и содержание дисциплины «Химия гетероатомных
соединений нефти»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы ( 144 часа).
4.1. Структура лекционного курса
Раздел дисциплины
Семест Неделя Виды учебной работы,
№
р
семе
включая
п/п
стра
самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в
часах)
лекции
1
7
1
2
Само
стоя
тельн
ая
работ
а
всег
о
2
Формы
текущего
контроля
успеваемос
ти (по
неделям
семестра)
Формы
промежуто
чной
аттестации
Введение.
Происхождение
нефти. Значение
нефти
и
нефтепродуктов.
Значение
гетероатомных
соединений
нефти.
2
3
4
5
6
7
Состав и строение
7
сернистых
компонентов нефти
Происхождение
нефтяных
сернистых
соединений.
Выделение и
возможности
практического
использования
Состав и строение 7
кислородсодержащ
их
соединений
нефти.
2-6
10
10
7-8
4
4
Состав и строение
азотистых
соединений нефти.
Выделение и
применение
азоторганических
соединений нефти.
Нефтяные
порфирины.
Микроэлементные
соединения
нефтей.
7
9-12
8
8
7
13
2
2
7
14
2
2
15-16
4
4
Высокомолекулярн 7
ые гетероатомные
соединения.
8
Методы
выделения,
разделения и
анализа
гетероатомных
компонентов
нефти.
7
17-18
4
36
4
36
72
экзамен
Содержание лекционного курса
1.Введение.
Происхождение
нефти.
Гипотеза
минерального
происхождения нефти . Гипотеза Д.И.Менделеева. Гипотеза органического
происхождения нефти из органических веществ осадочных пород.
Значение нефти и нефтепродуктов. Значение гетероатомных соединений
нефти.
2. Сернистые соединения. Общая сернистость нефтей. Состав и строение
сернистых компонентов нефти.
Тиолы(меркаптаны). Дисульфиды. Сульфиды. Сульфиды с атомом серы в
открытой цепи. Содержание в нефти тиалканов, алкилциклоалкилсульфидов,
арилалкилсульфидов.
2.2.Тиацикланы. Групповой состав в различных нефтях. Групповой состав
сернистых соединений из фракций 370-5300С различных нефтей.
2.3.Бензотиацикланы. Тиофены. Содержание в тяжелых прямогонных
фракциях нефтей. Нефти созревшие, несозревшие, измененные. Тиаинданы.
2.4. Соединения, содержащие более одного гетероатома в молекуле.
Бифункциональные сернистые соединения с двумя атомами серы.
Нейтральные сернистые соединения (тиофеноиндолы, тиахтнолоны)
2.5. Происхождение нефтяных сернистых соединений. Основные
структурные особенности. Связь с углеводородами нефти.
2.6. Очистка и выделение сернистых соединений нефтей. Действие водных
растворов щелочей моноэтаноламина. Использование солей тяжелых
металлов). Окисление.
Облагораживание бензинов. Гидроочистка.
2.7. Качественное определение серы в нефти и нефтепродуктах. Физикохимические методы количественного определения серы в нефти. Метод
рентгено-флюреоцентного анализа(РФА). Пиролитический ламповый метод.
Метод потенциометрического титрования. Определение с помощью данных
ИК- спектроскопии.
3. Кислородные соединения нефтей.
3.1. Среднее содержание кислорода в нефтях и углеводородных газах.
Состав и строение кислородсодержащих компонентов нефти. Групповой
состав кислородных соединений. Кислородные соединения кислого
характера (кислоты, фенолы). «Кислотное число». Нейтральные кислородные
соединения.
3.2. Нефтяные карбоновые кислоты. Алифатические нефтяные кислоты,
структурные особенности. Изопреноидные кислоты. Нафтеновые
(алициклические) кислоты, холановые кислоты. Прочие нефтяные кислоты.
Фенолы, содержащие насыщенные циклы.
Нейтральные кислородсодержащие соединения нефти. Кетоны.Нафтено и
бензоаналоги ацетофенона. Сложные эфиры. Метод ИК спектроскопии для
качественного определения кислорода в нефти. Простые эфиры,
бензофураны, нафтенофураны. Спирты.
3.3. Генетические характеристики кислородсодержащих компонентов нефти.
Алифатические кислородсодержащие соединения нефти. Процессы
деградации кислот в условиях недр.
Алициклические и ароматические кислородсодержащие соединения.
3.4. Свойства и практическое использование кислородсодержащих
компонентов нефти и их производных. «Мылонафт». Эмульгаторы. Присадки
к топливам.
4. Азотистые соединения нефтей.
4.1.Общее содержание азота в нефти. Концентрация азота и связь с глубиной
залегания пластов.
4.2.Состав и строение азотистых соединений нефтей. Групповой состав.
Распределение азота между фракциями ряда нефтей. Азотистые основания –
наиболее изученная группа азотистых соединений нефти. Соединения
слабоосновного и нейтрального характера. Соединения, содержащие более
одного гетероатома в молекуле. Соединения с двумя атомами азота. Амиды.
Азотсодержащие карбоновые кислоты и фенолы. Аминокислоты.
Особенности состава азотистых компонентов продуктов вторичных
процессов нефтепереработки.
4.3. Представления о происхождении азотистых компонентов нефти. Связь с
растительными алкалоидами. Биологические предшественники. Порфирины.
Некоторые технические характеристики азотистых соединений нефтей.
Каталитические яды. Антиоксиданты для топлив, антикоррозионная
активность. Комплексообразующая способность.
5. Нефтяные порфирины. Состав и химическая структура нефтяных
порфиринов. Общая характеристика и выделение. Формы нахождения в
нефтях.
Состав
порфириновых
концентратов
нефтей.
Метод
фракционирования геопорфиринов. Харктеристика и состав фракций.
6.Микроэлементные соединения нефтей. Типы и классификация
микроэлементных соединений. Элементорганические соединения. Соли
металлов. Внутримолекулярные комплексы металлов. Микроэлементы в
полициклических структурах. Микроэлементы в нефти.
7. Высокомолекулярные гетероатомные соединения. Содержание смолистоасфальтовых веществ в нефтях. Смолы и асфальтены. Карбены и карбоиды.
Состав и строение ВМС нефти. Элементный и микроэлементный состав.
Распределение атомов С и Н, средняя ароматиченость молекулы ВМС.
Генезис ВМС нефти, направления использования.
8. Методы выделения, разделения и анализа гетероатомных компонентов
нефти.
8.1.Методы выделение и фракционирования ГАС. Экстракционные
методы (кислотная и щелочная экстракция, экстракция органическими
растворителями). Методы, связанные с образованием комплексов или
клатратов. Комплексообразование с солями металлов, реакции
образования кристаллических комплексов с органическими акцепторами.
Сорбционные и хроматографические методы. Колоночная жидкостная
хроматография Газовая хроматография. Методы, связанные с химической
модификацией структуры.
8.2.Методы
анализа
ГАС.
Потенциометрическое
титрование.
Спектральные и радиоспектральные методы анализа. Электронная и
инфракрасная
спектроскопии.
Спектроскопия
электронного
парамагнитного
резонанса.
Жидкостная
хроматография.
Массспектрометрия.
8.3.Методы, связанные с химической модификацией и деструкцией
молекул (изменение природы функциональных групп, элиминирование
гетероатома из молекул, селективная деструкция)
4.2. Структура лабораторных занятий
№
п/п
1
2
Раздел дисциплины
Семес
тр
Недел
я
семес
тра
Виды учебной
работы, включая
самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в
часах)
Лабора Сам всег
торные ост о
работы оят
ель
ная
раб
ота
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям
семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
Качественное
7
определение
активных
сернистых соединений.
Докторская проба.
1
1
2
3
Качественное
7
определение
активных
сернистых соединений.
Проба
на
медную
1
1
2
3
Отчет
к
лабораторны
м
работам
Проверка
оформления
лабораторно
го журнала
Проверка
оформления
лабораторно
го журнала
пластинку
Открытие сероводорода 7
в нефти и дизельном
топливе.
2
1
4
5
Оценка
участия
в
коллоквиуме
Открытие
свободной 7
серы в нефтепродуктах.
2
1
2
3
Проверка
оформления
лабораторно
го журнала
5
Качественное
7
определение тиофена и
его гомологов в нефти и
нефтепродуктах.
2
1
4
5
6
Качественное
7
определение содержания
воды
в
нефтепродуктах(проба на
потрескивание)
3
2
2
4
7
Количественное
7
определение содержания
воды в нефтепродуктах
(способ Дина-Старка)
3
2
2
4
Письменные
домашние
задания
«Сернистые
соединения
нефтей»
Отчет
к
лабораторны
м работам.
Проверка
оформления
лабораторно
го журнала
Проверка
оформления
лабораторно
го журнала
8
7
4
4
4
8
Оценка
участия
в
коллоквиуме
3
4
Определение
кислотности бензинов,
лигроинов, керосинов.
9
Определение
кислотности масел.
7
4
4
4
8
Письменные
домашние
задания
10
Качественное
7
определение фенолов в
нефти
(реакцией
азосочетания, реакцией с
хлоридом
железа,
с
5
1
2
3
Проверка
оформления
лабораторно
го журнала
бромной водой)
11
Качественное
7
определение содержания
серы в нефтепродуктах
методом
ИКспектроскопии
6
4
2
6
12
Качественное
7
определение содержания
азота в нефтепродуктах
методом
ИКспектроскопии
Количественное
7
определение содержания
азота в нефтепродуктах
Определение физических 7
констант
нефтепродуктов
7
4
2
6
8
6
2
8
5
4
2
6
36
36
72
13
14
итого
Отчет
к
лабораторны
м работам
Проверка
оформления
лабораторно
го журнала
Проверка
оформления
лабораторно
го журнала
Оценка
участия
в
коллоквиуме
Проверка
оформления
лабораторно
го журнала
5. Образовательные технологии
Наряду с традиционными образовательными технологиями широко
используются технологии, основанные на методах научно-технического
творчества и современных информационных средствах (электронный
учебник и методическое пособие к лабораторным работам), включающие в
том числе обучение на основе учебных дискуссий по теме «Сернистые
соединения. Общая сернистость нефтей. Состав и строение сернистых
компонентов нефти» и «Облагораживание бензинов. Гидроочистка»,
интеллектуальных тренажеров, а также систем обучение профессиональным
навыкам и умениям. Предусмотрены встречи с представителями российских
и зарубежных компаний.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Самостоятельная
работа
студентов
предполагает
освоение
теоретического материала [1]. Подготовку к лабораторным работам,
оформление лабораторных работ [2], выполнение письменных домашних
заданий, подготовку к текущему и итоговому контролю. Форма итогового
контроля – экзамен (билеты в приложении 1)
Вопросы для самостоятельной подготовки
1. Происхождение нефти. Гипотеза минерального происхождения нефти .
Гипотеза органического происхождения нефти из органических веществ
осадочных пород.
2. Сернистые соединения. Состав и строение сернистых компонентов нефти.
Тиолы(меркаптаны). Дисульфиды. Сульфиды. Сульфиды с атомом серы в
открытой цепи.
3. Тиацикланы. Групповой состав в различных нефтях.
4. Бензотиацикланы. Тиофены. Содержание в тяжелых прямогонных
фракциях нефтей.
5. Соединения, содержащие более одного гетероатома в молекуле.
Бифункциональные сернистые соединения с двумя атомами серы.
6. Нейтральные сернистые соединения (тиофеноиндолы, тиатиолоны)
7. Происхождение нефтяных сернистых соединений. Связь с углеводородами
нефти.
8. Очистка и выделение сернистых соединений нефтей. Действие водных
растворов щелочей моноэтаноламина. Использование солей тяжелых
металлов. Окисление.
9. Облагораживание бензинов. Гидроочистка.
10. Качественное определение серы в нефти и нефтепродуктах.
11. Физико-химические методы количественного определения серы в нефти.
12. Пиролитический ламповый метод. Метод потенциометрического
титрования. 13.Определение с помощью данных ИК- спектроскопии.
14.Кислородные соединения нефтей. Состав и строение
кислородсодержащих компонентов нефти.
15. Групповой состав кислородных соединений. Кислородные соединения
кислого характера (кислоты, фенолы). «Кислотное число». Нейтральные
кислородные соединения.
16. Нефтяные карбоновые кислоты. Алифатические нефтяные кислоты,
структурные особенности. Изопреноидные кислоты. Нафтеновые
(алициклические) кислоты, холановые кислоты. Прочие нефтяные кислоты.
17.Фенолы, содержащие насыщенные циклы.
18. Нейтральные кислородсодержащие соединения нефти. Кетоны. Нафтено
и бензоаналоги ацетофенона. Сложные эфиры.
19.Метод ИК спектроскопии для качественного определения кислорода в
нефти.
20. Простые эфиры, бензофураны, нафтенофураны. Спирты.
21.Генетические характеристики кислородсодержащих компонентов нефти.
Алифатические кислородсодержащие соединения нефти.
22.Процессы деградации кислот в условиях недр.
23.Алициклические и ароматические кислородсодержащие соединения.
24. Свойства и практическое использование кислородсодержащих
компонентов нефти и их производных.
25. Азотистые соединения нефтей. Общее содержание азота в нефти.
26. Состав и строение азотистых соединений нефтей. Групповой состав.
27. Соединения слабоосновного и нейтрального характера. Соединения,
содержащие более одного гетероатома в молекуле. Соединения с двумя
атомами азота. Амиды.
28. Азотсодержащие карбоновые кислоты и фенолы. Аминокислоты.
Особенности состава азотистых компонентов продуктов вторичных
процессов нефтепереработки.
29. Представления о происхождении азотистых компонентов нефти. Связь с
растительными алкалоидами. Биологические предшественники. Порфирины.
30. Некоторые технические характеристики азотистых соединений нефтей.
Каталитические яды. Антиоксиданты для топлив, антикоррозионная
активность. Комплексообразующая способность.
31. Нефтяные порфирины. Состав и химическая структура нефтяных
порфиринов. Общая характеристика и выделение. Формы нахождения в
нефтях.
Состав
порфириновых
концентратов
нефтей.
Метод
фракционирования геопорфиринов. Характеристика и состав фракций.
32. Микроэлементные соединения нефтей. Типы и классификация
микроэлементных соединений. Элементорганические соединения. Соли
металлов. Внутримолекулярные комплексы металлов. Микроэлементы в
полициклических структурах. Микроэлементы в нефти.
33. Высокомолекулярные гетероатомные соединения. Содержание смолистоасфальтовых веществ в нефтях. Смолы и асфальтены. Карбены и карбоиды.
Состав и строение ВМС нефти. Элементный и микроэлементный состав.
Распределение атомов С и Н, средняя ароматиченость молекулы ВМС.
Генезис ВМС нефти, направления использования.
34. Методы выделения, разделения и анализа гетероатомных компонентов
нефти.
35. Методы выделение и фракционирования ГАС. Экстракционные
методы (кислотная и щелочная экстракция, экстракция органическими
растворителями).
36. Методы, связанные с образованием комплексов или клатратов.
Комплексообразование с солями металлов, реакции образования
кристаллических комплексов с органическими акцепторами.
37. Сорбционные и хроматографические методы. Колоночная жидкостная
хроматография Газовая хроматография.
38. Методы, связанные с химической модификацией структуры. Методы,
связанные с химической модификацией и деструкцией молекул
(изменение природы функциональных групп, элиминирование гетероатома
из молекул, селективная деструкция)
39. Методы анализа ГАС. Потенциометрическое титрование.
Спектральные и радиоспектральные методы анализа. Электронная и
инфракрасная
спектроскопии.
Спектроскопия
электронного
парамагнитного
резонанса.
Жидкостная
хроматография.
Массспектрометрия.
7.
Учебно-методическое
дисциплины
а) основная литература:
и
информационное
обеспечение
1. С.В. Вержичинская, Н.Г. Дигуров, С.А. Синицин Химия и технология
нефти и газа.М.: Химия.2008.
2. Егорова А.Ю. Химия гетероатомных соединений нефти. (электронный
учебник) Саратов, Изд-во «Научная книга», 2010.-60 с.
б) дополнительная литература:
2. Фомина Ю.А., Егорова А.Ю. Лабораторные работы по химии
неуглеводородных соединений нефти (электронный учебник) Саратов- Издво «Научная книга», 2010.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Учебная аудитория для чтения лекций
2. Оверхед-проектор и иллюстрационный материал.
3. Учебная лаборатория для выполнения лабораторных работ,
оснащенная необходимым оборудованием.
4. Химические реактивы.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю
подготовки «органическая и биоорганическая химия» .
Автор проф., д.х.н. Егорова А.Ю.
Программа одобрена на заседании
кафедры
биоорганической химии
от 18 марта
2011 года, протокол № 7.
Подписи:
Зав. кафедрой
Директор Института
органической
Федотова О.В.
Федотова О.В.
и
Контролирующие материалы по теме «Сернистые соединения нефти»
Билет 1
1. Сернистые соединения. Состав сернистых компонентов нефти.
2.Докторская проба как метод определения сероводорода
Билет 2
1. Тиацикланы. Групповой состав в различных нефтях
2. Докторская проба как метод определения меркаптанов нефти
Билет 3
1. Бензотиацикланы. Тиофены. Содержание в тяжелых прямогонных
фракциях нефтей. Нефти созревшие, несозревшие, измененные.
2. Проба на медную пластину
Билет 4
1. Соединения, содержащие более одного гетероатома в молекуле.
Бифункциональные сернистые соединения с двумя атомами серы.
2. Метод определения сероводорода
Билет 5
1. Происхождение
нефтяных
углеводородами нефти.
сернистых
соединений.
Связь
с
2. Качественное открытие свободной серы
Билет 6
1. Очистка и выделение сернистых соединений нефтей. Действие водных
растворов щелочей моноэтаноламина. Использование солей тяжелых
металлов. Окисление.
2. Метод ИК спектроскопии для качественного определения серы в нефти.
Билет 7
1. Качественное определение серы в нефти и нефтепродуктах.
2.
Облагораживание бензинов. Гидроочистка.
Билет 8
1. Сульфиды нефти, содержание и строение.
3.Физико-химические методы количественного определения серы в нефти.
Контролирующие материалы для итоговой аттестации
Билет 1
1. Очистка и выделение сернистых соединений нефтей. Действие водных
растворов щелочей моноэтаноламина. Использование солей тяжелых
металлов. Окисление.
2. Представления о происхождении азотистых компонентов нефти. Связь с
растительными алкалоидами. Биологические предшественники. Порфирины.
3. Высокомолекулярные гетероатомные соединения.
Билет 2
1. Облагораживание бензинов. Гидроочистка.
2. Нефтяные порфирины. Состав и химическая структура нефтяных
порфиринов. Общая характеристика и выделение. Формы нахождения в
нефтях.
3. Смолы и асфальтены
Билет 3
1. Качественное определение серы в нефти и нефтепродуктах.
2. Групповой состав кислородных соединений. Кислородные соединения
кислого характера (кислоты, фенолы). «Кислотное число».
3. Состав порфириновых концентратов нефтей.
Билет 4
1. Нефтяные карбоновые кислоты. Алифатические нефтяные кислоты,
структурные особенности. Изопреноидные кислоты. Нафтеновые
(алициклические) кислоты, холановые кислоты. Прочие нефтяные кислоты.
2. Очистка и выделение сернистых соединений нефтей. Действие водных
растворов щелочей моноэтаноламина. Использование солей тяжелых
металлов. Окисление.
3. Содержание смолисто-асфальтовых веществ в нефтях.. Карбены и
карбоиды.
Билет 5
1. Нейтральные кислородные соединения.
2. Метод фракционирования геопорфиринов. Характеристика и состав
фракций.
3. Состав и строение ВМС нефти. Элементный и микроэлементный состав.
Распределение атомов С и Н, средняя ароматиченость молекулы ВМС.
Генезис ВМС нефти, направления использования.