ВЛИЯНИЕ СТРОЕНИЯ МОЛЕКУЛ ВЫСОКООКТАНОВЫХ КОМПОНЕНТОВ БЕНЗИНОВ И АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРИСАДОК К ТОПЛИВАМ ...

DOI: 10.6060/tcct.20165912.5375

Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2016. Т. 59. Вып. 12. С. 49-56

Влияние строения молекул высокооктановых
компонентов бензинов
и антиокислительных присадок к топливам на эффективность
их действия

С использованием квантово-химических расчетов высокого уровня теории
методом B3LYP/6-31+G(d,p) в растворителе изучено геометрическое, электронное
строение высокооктановых компонентов (изопарафинов и эфиров) и
антиокислительных присадок. Проведена оценка их реакционной способности на
основе анализа длин связей, валентных и диэдральных углов, зарядов, энергии
граничных молекулярных орбиталей. Проведено сопоставление структурных параметров
и эффективности действия исследуемых соединений в топливах. Для расчетов были
выбраны в качестве высокооктановых компонентов бензинов изопарафины (неогексан,
изооктан, триптан) и эфиры (метил-трет-бутиловый эфир, этил-трет-бутиловый
эфир, метил-трет-амиловый эфир, этил-трет-амиловый эфир). Показано, что
изменения геометрического и электронного строения изопарафинов и эфиров:
уменьшение некоторых валентных углов и увеличение длины связей для изопарфинов
(при увеличении детонационной стойкости соединения), а также уменьшение длины
связи, увеличение заряда для эфиров (при увеличении детонационной стойкости
соединения) свидетельствуют о снижении реакционной способности соединения. При
этом у соединений с пониженными показателями реакционной способности
наблюдается повышение детонационной стойкости. Интенсификация процесса
окисления углеводородов кислородом происходит с увеличением температуры и
давления в камере сгорания, детонация происходит до предпламенного сгорания
топлива.  Рассмотренные изопарафины и
эфиры являются высокооктановыми компонентами топлива, а при снижении
реакционной способности необходима более высокая температура для интенсификации
процесса окисления. Показано, что данный метод исследования молекул
изопарафинов и эфиров для оценки эффективности действия в качестве
высокооктановых компонентов не дает однозначного ответа, хотя большинство
параметров указывает, что с уменьшением реакционной способности молекулы
возрастает октановое число соединения. Для расчетов в качестве антиокислительных
присадок были выбраны: 2,6-дитрет-бутил-4-метилфенол (ионол),
2,2'-метилен-бис-(4-метил-6-третбутилфенол) (НГ-2246),
4-(N,N-диметиламинометилен)-2,6-дитретбутилфенол (ОМИ),
N-(2-этилгексил)-N’-фенил-1,4-фенилендиамина (С-789). При рассмотрении параметров
геометрического и электронного строения антиокислительных присадок выявлено,
что для ионола, НГ-2246, ОМИ возможен разрыв связей С-Н в третбутильных
фрагментах, кроме того для НГ-2246 возможен разрыв еще и одной О-Н связи,
вероятно это и определяет, что данное соединение более эффективно как
антиокислитель, так как возможно большее число обрывов цепей окисления. Для
соединения С-789 пространственная структура молекулы более открыта: увеличены
углы и длины связей в алкильной цепи, уменьшены заряды на атомах водорода. В
статье показано, что об эффективности действия соединения в соответствии с
механизмом реакции в качестве статических свойств лишь исходных веществ более
информативно сопоставление параметров геометрического и электронного строения
молекул, таких как длины связи, валентные и диэдральные углы, заряды атомов.

Ключевые слова: антиокислительные
присадки, изопарафины, эфиры, реакционная способность, длина связи, валентные и диэдральные углы, заряды, моторное топливо,
антидетонационная способность

2016, Т. 59, № 12, Стр. 49-56