سلفولان

السلفولان (ويُعرف أيضًا باسم سلفون رباعي الميثيلين ^{، واسمه النظامي: 1θ6-} ثيولان - 1،1 - ديون ) هو مركب عضوي كبريتي ، يُصنف رسميًا ضمن السلفونات الحلقية _، وصيغته الكيميائية ( CH2 ) _{4SO2 .} وهو سائل عديم اللون يُستخدم على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية كمذيب للتقطير الاستخلاصي والتفاعلات الكيميائية. طُوّر السلفولان في الأصل من قِبل شركة شل للنفط في ستينيات القرن الماضي كمذيب لتنقية البيوتاديين . ^{[ 3 ] [ 4 ]} السلفولان مذيب قطبي لا بروتوني ، وهو قابل للامتزاج بالماء.

يُصنف السلفولان ضمن السلفونات، وهي مجموعة من مركبات الكبريت العضوية التي تحتوي على مجموعة وظيفية سلفونيل . تتكون مجموعة السلفون من ذرة كبريت مرتبطة برابطة ثنائية بذرتي أكسجين، ورابطة أحادية بذرتي كربون. تتميز الرابطة الثنائية بين الكبريت والأكسجين بقطبيتها، مما يُكسب السلفولان قابلية ذوبان جيدة في الماء، بينما توفر الحلقة الكربونية الرباعية استقرارًا غير قطبي . تسمح هذه الخصائص بامتزاج السلفولان بالماء والهيدروكربونات ، مما يُفسر استخدامه الواسع كمذيب لتنقية مخاليط الهيدروكربونات.

كانت الطريقة الأصلية التي طورتها شركة شل للنفط هي السماح أولاً للبيوتادين بالتفاعل مع ثاني أكسيد الكبريت عبر تفاعل كيلتروبي لإنتاج السلفولين . ثم يتم هدرجة هذا المركب باستخدام نيكل راني كعامل مساعد لإنتاج السلفولان. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

بعد ذلك بوقت قصير، اكتُشف أنه يمكن تحسين كل من إنتاجية المنتج وعمر المحفز بإضافة بيروكسيد الهيدروجين ثم معادلة الرقم الهيدروجيني إلى ما يقارب 5-8 قبل عملية الهدرجة. واستمرت التطورات على مر السنين، بما في ذلك في المحفزات المستخدمة. ومؤخرًا، وُجد أن محفز Ni-B/MgO أظهر نشاطًا تحفيزيًا فائقًا مقارنةً بنيكل راني وغيره من المحفزات الشائعة المستخدمة في هدرجة السلفولين.

طُوِّرت طرق تركيب أخرى، مثل أكسدة رباعي هيدروثيوفين باستخدام بيروكسيد الهيدروجين. ينتج عن هذا التفاعل رباعي ميثيلين سلفوكسيد، الذي يمكن أكسدته لاحقًا. ولأن الأكسدة الأولى تحدث عند درجة حرارة منخفضة والثانية عند درجة حرارة أعلى، يُمكن التحكم في التفاعل في كل مرحلة. وهذا يُتيح مرونة أكبر في التحكم بالتفاعل، مما قد يؤدي إلى زيادة المردود والنقاء.

يُستخدم السلفولان على نطاق واسع كمذيب صناعي، لا سيما في استخلاص الهيدروكربونات العطرية من مخاليط الهيدروكربونات وتنقية الغاز الطبيعي . ^{[ 5 ]} وقد طُبّق أول استخدام تجاري واسع النطاق للسلفولان، وهو عملية السلفينول، لأول مرة من قِبل شركة شل للنفط في مارس 1964 في محطة بيرسون للغاز بالقرب من مدينة كارنز، تكساس. وتقوم عملية السلفينول بتنقية الغاز الطبيعي عن طريق إزالة كبريتيد الهيدروجين ، _وثاني أكسيد الكربون ، _{وكبريتيد} الكربونيل، والمركابتانات منه باستخدام خليط من الألكانولامين والسلفولان.

بعد فترة وجيزة من تطبيق عملية السلفينول، تبيّن أن السلفولان فعّال للغاية في فصل المركبات العطرية عالية النقاوة من مخاليط الهيدروكربونات باستخدام الاستخلاص السائل-السائل . تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في مصافي النفط وصناعة البتروكيماويات . ولأن السلفولان يُعدّ من أكثر المذيبات الصناعية كفاءةً لتنقية المركبات العطرية، فإن العملية تعمل بنسبة منخفضة نسبيًا من المذيب إلى المادة الخام، مما يجعل السلفولان اقتصاديًا نسبيًا مقارنةً بالمذيبات الأخرى ذات الأغراض المماثلة. إضافةً إلى ذلك، يتميز السلفولان بانتقائيته ضمن نطاق يُكمّل عملية التقطير ؛ فعندما يعجز السلفولان عن فصل مركبين، يُمكن للتقطير القيام بذلك بسهولة، والعكس صحيح، مما يُبقي وحدات السلفولان مفيدة لمجموعة واسعة من المركبات بأقل تكلفة إضافية.

على الرغم من أن السلفولان يتميز بثباته العالي، ما يسمح بإعادة استخدامه مرات عديدة، إلا أنه يتحلل في نهاية المطاف إلى نواتج ثانوية حمضية . وقد طُوّرت عدة طرق لإزالة هذه النواتج، مما يتيح إعادة استخدام السلفولان وزيادة عمر المخزون. ومن بين الطرق التي طُوّرت لتجديد السلفولان المستهلك: التقطير الفراغي والبخاري، والاستخلاص العكسي، والامتزاز، وأعمدة راتنج التبادل الأيوني السالب والموجب.

يُضاف السلفولان أيضًا إلى حمض الهيدروفلوريك كمثبط للتبخر، ^{[ 7 ]} ويُستخدم عادةً في وحدة الألكلة في مصافي النفط . هذا الحمض الهيدروفلوريك "المعدل" أقل عرضة للتبخر إذا تم إطلاقه في صورته السائلة.

تلوثت المياه الجوفية في أجزاء من مدينة نورث بول، ألاسكا ، بمادة السلفولان نتيجة تلوث ناجم عن مصفاة نفط مغلقة حاليًا. ^{[ 8 ]} وبسبب هذا التلوث، تم تزويد السكان المتضررين بمصادر بديلة لمياه الشرب. ^{[ 8 ]} ولا تزال الدراسات على الحيوانات حول سمية السلفولان جارية، بتمويل من البرنامج الوطني لعلم السموم التابع للحكومة الفيدرالية الأمريكية . ^{[ 9 ]} ولم تُجرَ دراسات طويلة الأمد على الحيوانات الحية ، مما يحول دون التوصل إلى استنتاج قاطع بشأن ما إذا كان السلفولان مادة مسرطنة، على الرغم من أن الدراسات المختبرية لم تُظهر أي تغيرات سرطانية في الخلايا البكتيرية أو الحيوانية. وفي الدراسات على الحيوانات، أدت الجرعات العالية من السلفولان إلى آثار سلبية على الجهاز العصبي المركزي، بما في ذلك فرط النشاط والتشنجات وانخفاض حرارة الجسم؛ ولا تزال آثار الجرعات المنخفضة، وخاصة على المدى الطويل، قيد الدراسة. ^{[ 10 ]}

• السلفولين
• رباعي هيدروثيوفين
• ميثيل سلفونيل ميثان