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1、第一节 有机化合物分类及其命名第二节 生命化学:几种重要的生物化学过程1、有机物分类几种?试举例说明 按碳链骨架分类:根据有机化合物分子碳链的形式和组成碳链的原子的特征,有机化合物可分为以下三类:(1) 开链化合物在这类化合物中,碳原子相互连接成为两端张开的链。由于这类化合物最初在脂肪中发现,因此又叫做脂肪族化合物。 CH3CH2CH2CH3(丁烷)。(2) 碳环化合物 在这类化合物分子中,碳原子相互连接而成环状。碳环化合物又分为以下两种: 脂环族化合物该类型中,碳原子相互连接成环状,环内也可以有双键,其性质和脂肪族化合物相似 。 芳香族化合物在其分子中具有苯环结构,即由六个碳原子以单键、双键

2、交替连接而成的环状结构。(3) 杂环化合物这类化合物也具有环状结构,但环上的原子不完全是碳原子,还有其他原子存在。按照官能团分类:所谓官能团是指能反映某类有机化合物性质的原子或原子团,因此,含有相同官能团的化合物,其化学性质基本相同。 2、试写出羟基、羰基、羧基、醚基、氨基官能团组成。3、 写出分子式松香油(维生素A) 4、画出-D型葡萄糖分子结构5、蛋白质有几种最基本的氨基酸组成?为什么蛋白质可以显酸性、碱性和中性?蛋白质是由多种氨基酸组成的高度有序的聚合物,一般都含由20个氨基酸,最复杂的蛋白质可含有8000多个氨基酸单元,它们构成了生物机体中大部分含氮化合物。最简单的氨基酸是氨基乙酸,它

3、由一个带氢原子的氨基酸官能团和一个带甲基的丙氨酸组成 。根据氨基酸中羧基和氨基的相对数量,氨基酸呈现中性、酸性和碱性。氨基酸中另外一个羧基官能团,可给出质子,而显酸性。多出的氨基可以接受质子,而表现出碱性。6、核酸是由哪三类物质组成的?核糖核酸和脱氧核糖核酸的差别是什么?氨基、磷酸根 (PO43-)和吡啶官能团是核酸最基本的组成成分。RNADNA酸磷酸磷酸糖D核糖D2脱氧核酸含氮碱嘌呤腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤嘧啶胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶7、何谓异戊二烯法则?萜类化合物命名原则是什么?萜类是一类非常重要的脂类化合物,萜类化合物结构非常多,但异戊二烯单元是其基本单元, 5个碳原子组成的碳链上,第

4、二个碳原子上有一个甲基。自然界生物合成的一个重要方式就是异戊二烯单元(isoprene)的聚合反应。凡有成倍的C5单元的天然生物产物,通常就是整个异戊二烯单元的连接,这就是“异戊二烯法则”。萜类和甾类化合物都符合“异戊二烯法则”,它们广泛分布于生物体内,也是极为重要的生物标志化合物。萜类化合物可是直链、环状或两者兼有的、饱和的或不饱和的异戊二烯聚合物。萜类化合物以异戊二烯单元的数目来命名:单萜由2个异戊二烯单元构成,倍半萜有3个异戊二烯单元,双萜(C20)有4个异戊二烯单元、二倍半萜(C25)有5个异戊二烯单元、三萜(C30) 有6个异戊二烯单元、四萜(C40) 有8个异戊二烯单元,超过8个异

5、戊二烯单元的萜类化合物称为多萜。8、试画出甾类化合物的基本构架。甾类化合物又称类固醇,它并不是脂,而是含有一个由四个环稠合的碳环结构,可以看作是一部分或完全氢化的菲与一个环戊烷稠合的碳环,并具有三个侧链的骨架 。三个环戊烷、菲环、三个侧链的骨架。9、什么是吡咯环和卟吩核。色素多具有异戊间二烯结构。生物体中主要有三大类色素,叶绿素是植物细胞中基本生化组分,是生物体中最为重要且最普遍的一类有机色素,叶绿素本身很不稳定,在地质体中很少见到。此外,一些重要的色素还有血红素,它是动物血液中的红色素,其卟吩环中心为铁原子。类胡萝卜素是另一种重要的有机色素,它能使植物呈淡黄色到深红色。类胡萝卜素存在于一切绿

6、色植物中,在不进行光合作用的细菌和真菌中,也有类胡萝卜素存在。叶绿素是由四个吡咯环的a碳原子通过四个次甲基(=CH)交替连接而成的卟吩核,其中碳原子有八个取代基(R1R8),其中R7为叶绿醇丙酸基缩合的脂,卟吩核中心有一个镁原子同氮螯合。 10、有氧光合作用和无氧光合作用的异同点是什么?11、什么是呼吸作用,有氧呼吸和无氧呼吸的异常点是什么? 呼吸作用是指生活细胞内的有机物,在一系列酶的参与下,逐步氧化分解成简单物质,并释放能量的过程。依据呼吸过程中是否有氧参与,可将呼吸作用分为:有氧呼吸:是指生活细胞利用分子氧(O2),将某些有机物质彻底氧化分解释放CO2,同时将O2还原为H2O,并释放能量

7、的过程。无氧呼吸:指生活细胞在无氧条件下,把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物,同时释放出部分能量的过程。12、生物从碳水化合物获得能量可分成哪三个阶段?(1)大分子分解成小分子,如淀粉、糖元等变成葡萄糖。 (2)这些小分子通过糖酵解,进一步降解成更小的单位,其中之一是乙酰辅酶A,它是活化的酰基的载体。(3)通过三羧酸循环基氧化磷酸化,乙酰基彻底氧化成CO2,而当电子流向最终的电子受体O2时即生成ATP。第三节 自然水体和土壤中的有机物1、 下列简称各代表什么含义 POM、 DOM、 VOC 、 COM 、TOM和TOC?颗粒有机质(POM),不能被0.45 m过滤的所有有机质;溶解有机质(D

8、OM),能够通过0.45 m过滤的所有有机质;胶体则位于介于两者之间;某些在表生环境下可以挥发的有机物称为挥发性有机碳(VOC)。胶体的颗粒直径为1nm(10-9)0.45 m (10-6) ,形成胶体的有机质分子量大于10,000,这部分有机质称为胶体有机物(COM)。溶解有机质和颗粒有机质合称为总有机物(TOM);总有机物中有机碳的含量为总有机碳(TOC);分为:颗粒有机碳(POC)或悬浮有机碳(SOC)和溶解有机碳(DOC)。2、溶解在自然水体中的有机质可分为几种种类型?它们各包括什么有机质?溶解在自然水体中的有机质可分为简单化合物、亲水酸和腐殖质。简单化合物包括各种生物分子、羧酸(包括

9、脂肪酸)、酚、碳水化合物、氨基酸、核酸和碳氢化合物等。腐殖质是土壤中发现的非常复杂、且了解不够详细的一类有机质。腐殖质中是否含由简单生物分子缩合作用产生的复杂生物分子和多聚体的残余物还存在一些争议。包括:富里酸和腐殖酸。亲水酸介于两者之间,可能是更复杂的富里酸和胡敏酸的先驱。3、在简单有机酸中,羧酸为什么具有重要的环境意义?其可能的成因是什么?羧基官能团具有酸性特征, 它们溶解可以有效地改变水体的pH; 羧基可以络合金属,从而影响溶液中金属离子的浓度和活度; 它们是海相和陆相腐殖质的基本组成。它可能来自于植物体的分解作用,大部分直接是藻类和其他有机物的分泌物。 4、水体中长链或非挥发性脂肪酸、

10、羟酸、酮酸、乳酸、羟基乙酸和丙酮酸的可能成因是什么?它们均来自于植物体的分解作用,大部分直接是藻类和其他有机物的分泌物。 长链或非挥发性脂肪酸是由甘油三酸脂经水解作用形成的脂肪酸。5、水体中为什么碳水化合物的浓度受细菌活度的影响,一天中水体碳水化合物浓度是如何变化的。淡水中,大部分碳水化合物主要来源于陆源植物;海水中, 浮游植物是溶解碳水化合物的主要来源。碳水化合物可以与细菌迅速发生同化吸收和代谢作用,因此,水中碳水化合物含量是由细菌活度控制的。一天中,水体中的碳水化合物浓度最低值出现在清晨,最高浓度出现在傍晚,这表明,由浮游植物新产生的溶解有机物可被细菌迅速消耗掉,这样以溶解状态存在的碳水化

11、合物分子在水中停留的时间仅有几个小时(Thurman, 1985)。 6、水体中氨基酸可以由哪两种存在方式?自由氨基酸主要指哪些类型?自然水体中的氨基酸是以自由分子和与缩氨基与蛋白质结合的方式存在,它们是腐殖质的重要组成。自由氨基酸的浓度只占结合状态氨基酸浓度的1/4或更低,简单的氨基酸、甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸、赖氨酸和缬氨酸是自由氨基酸中含量最丰富的。7、在水体中挥发性烃类主要类型是什么?甲烷的主要成因类型有哪几种?在挥发性烃类中,甲烷丰度最高。一部分甲烷由高等动物的消化道产生,大部分自然源甲烷是在还原条件下(沼泽、还原性海区和湖相沉积物等)由产甲烷细菌产生,虽然它们的含量较少,但在全球碳循

12、环中具有重要意义。 8、海水中难挥发和半挥发烃类中,姥鲛烷(pristine)和植烷的来源有那些?海水中难挥发和半挥发烃类中,C15和C17的链烷烃和类异戊二烯烃主要是由C16和C18脂肪酸(棕榈酸和硬脂酸)的去羧基化形成的,它们主要来自于动物和浮游植物。类异戊二烯烃,主要为姥鲛烷(pristine)和植烷(phytane),它们主要来源于叶绿素分子中的叶绿醇链。9、何谓腐殖质?它的元素组成和主要官能团是什么?腐殖质是土壤、现代沉积物中主要的有机组分,土壤中碳的6970存在于腐殖质中。它是生物主要是植物残体经细菌分解后缩聚的有机物,高分子量一般大于 500道尔吨,它既无固定的元素组成和结构,也

13、无特定的物理化学性质。腐殖质是难溶的,它们能够抵抗有机生物的分解作用,因此,它们在水体中滞留的时间为几星期甚至上千年。腐殖质的主要元素组成有碳、氢、氧、硫、氮、磷等,还有少量的钙、镁、硅等,其准确的含碳量和分子结构至今还不是很清楚。腐殖质中官能团最重要的是羧基、酚、乙醇、羰基、氨基和硫基(SH)等官能团,其中羧基官能团占主要地位,因此.,腐殖质带酸性 (即它们是质子的给予体)。 亲水酸与腐殖质很接近,它们的分子结构也非常复杂,很难被吸附在离子交换树脂上。它们略带颜色,具有很多支链和很多的取代有机酸,与腐殖质相比,它们的分子量较低,酸性官能团较多。10、腐殖质又进一步可分为几种成分?它们各自有何

14、差异?腐殖质又进一步可分为:胡敏酸:碱可溶、水和酸不溶,分子量中等(8902550);富里酸:水、酸、碱都可溶、分子量低(6751450);胡敏素:水、酸、碱都不溶、分子量高的黑色组分。差异:胡敏酸通常情况下比富里酸富碳贫氧,且贫氢富氮。富里酸平均分子量较低,约800-2000 道尔吨,胡敏酸大于2000道尔吨。此外,富里酸较胡敏酸具有较高的羧基酸官能团,而胡敏酸相对富集酚官能团,富里酸中羧基含量较高,胡敏酸中芳环结构较高,因此,富里酸具有较大的溶解度。11、溶解腐殖质与土壤腐殖质的差异?溶解腐殖质比土壤腐殖质具有较高的羧基官能团含量,富里酸中可溶羧基平均含量为5.5mM/g, 约合每6个碳原

15、子有一个羧基,相反,可溶胡敏酸中每12个碳原子有1个羧基官能团。除官能团外,腐殖质结构中还有很多生物分子,在可溶胡敏酸中烃类占了总碳的1,且胡敏酸高于富里酸。很多烃类分子是以氢键与腐殖质分子结构键合的。 12、pH值是如何影响腐殖质的形状的?pH强烈地影响腐殖质的形状,在pH较低时,胡敏酸和富里酸分子是纤维状的;在pH为中性时,这些纤维状有机质倾向于相互连接成海绵状结构,这种海绵状结构能够捕获较小的分子;在碱性的条件下,这些结构变成块状的。13、土壤有机质包括哪两种类型?它们各自成因和特点是什么?土壤有机质包括生物分子、动植物残枝枯叶和腐殖质。生物分子:生物死亡的细胞和排泄物或植物被雨水淋滤冲

16、洗进入到土壤中的部分生物分子。腐殖质:大的动物和微生物释放出的分泌液,它们可以被土壤中的有机和无机成分分解吸收,在这些分泌液中最重要的是简单的羧酸,如乙酸、草酸、蚂酸(HCOOH)、酒石酸、柠檬酸和石碳酸等。石炭酸上的OH官能团可以游离出来,因此,这些化合物对土壤酸化和风化有一定影响。这些简单的有机酸通常在土壤植物根系周围有较高的浓度,土壤溶液中的平均含量略低于1mM 。由于土壤中存在简单酸性物质和较复杂的腐殖酸,因此,大多数土壤是弱酸性的,土壤中酸性物质存在对土壤风化有较大影响。大多数生物分子由于细菌作用可以迅速产生代谢反应,其在土壤中的滞留时间是非常短暂的,一般是几天或更短。相反,稳定的腐

17、殖质在土壤中可以存在几千年之久。土壤中腐殖质可分为胡敏酸、富里酸和胡敏素三种成分。土壤中富里酸和胡敏酸成分上的差异比水体中两者的差异大。 14、土壤中的有机酸羧酸对土壤中金属元素的地球化学行为有何影响?有机物,特别是草酸一类的羧酸在土壤灰化作用过程中发挥着重要作用。土壤表层羧酸含量较高,羧酸能够与Fe和Al形成可溶络合物,这些络合物被流水带入土壤剖面下部,在此处,羧酸被细菌氧化,Fe和Al以氢氧化物的形式发生沉淀,因此,造成土壤剖面上部Fe和Al的贫化而在下部剖面富集的现象。第四节 有机分子的化学性质1、有机分子的酸性、碱性和络合(鳌合)性分别由那些官能团造成的?酚上的OH官能团也能够游离出H

18、+离子,从而增加溶液或土壤中的酸性,但酚酸性比羧酸弱得多,羧酸pKa约为3 ,而酚pKa多为8。在自然界多数水体和土壤中,酚溶解度较低或几乎不溶。 氨基等含氮官能团具有碱性,平衡常数用pKb表示。脂肪胺具有强碱性,pKb值为1012。当pH值低于该值时,脂肪胺发生质子化,在大多数水体和土壤中,脂肪胺带有一价正电荷,与阳离子行为一样。因为水体和土壤中多数颗粒表面都带有负电荷,这些有机阳离子被颗粒物迅速键合,从溶液中移出。芳香胺具有弱碱性,pKb 约为4 6,它们在酸性水体和土壤中才表现出碱性。络合物的化学定义是:一个单纯的正离子或原子,与一定数目的负离子或中性分子,以配位键结合成络离子或络合分子

19、,则此络合分子或含有络离子的化合物称为络合物。一般所谓的螯合物,是具一定结构类型的络合物。即配位体能够以两个或两个以上的配位原子与同一个中心离子络合。这种络合物在分子构形上如同蟹的两前螯夹持住物体一样,故称为螯合物;如有电荷呈离子态,则称为螯合离子。 形成螯合物的第一个条件是螯合剂必须有两个或两个以上都能给出电子对的配位原子(主要是N,O,S等原子)。第二个条件是每两个能给出电子对的配位原子,必须隔着两个或三个其他原子,因为只有这样,才可以形成稳定的五原子环或六原子环。例如,在氨基乙酸根离子(H2N-CH2-COO-)中,给出电子的羟基氧和氨基氮之间,隔着两个碳原子,因此它可以形成稳定的具有五

20、原子环的化合物。2、何谓疏水效应和疏水物质?疏水物质有哪几种特性?易溶于有机溶剂难溶于水的性质称为水性,水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋在分子的内部,这一现象被称为疏水相互作用(疏水效应),当疏水化合物残基进入水中时,它周围的水分子将排列成刚性的有序结构,上述物质称为疏水物质。疏水物质的一种特性是在水中的溶解度是有限的,特性之二是当疏水物质存在于水溶液中,水会迅速吸附在无极性分子的表面(如有机固体的表面)。3、pH是如何影响物质的吸附机理的?pH为3时,吸附量达到最大值,pH增加,吸附量逐渐减少。当pH低于矿物的等电位点时,矿物表面将产生质子化,携带上正电荷;当pH高于该点时,将

21、携带上负电荷。而且,有机官能团的分解和质子化与pH密切有关,从而影响吸附程度。很显然, pH 将同样影响吸附的机理,在pH很高条件下,固体表面带有净负电荷,腐殖酸分子中的羧酸官能团通过阳离子键与固体表面键合;在pH值较低时,羧基官能团通过氢键与带正电荷的固体表面键合。pH在矿物等电位点时,其表面是中性的,此时,腐殖酸则通过其非极性部分发生疏水吸附。因此,pH影响了吸附程度和吸附剂与被吸附物质之间的键合强度。 4、有机酸在矿物风化过程中的作用?(1) 可在固体表面形成络合物,特别是螯合物的形成可消弱矿物晶体内部金属与氧结合力,从而促使金属从其固体表面移出 。(2)在溶液中与金属离子形成络合物,降

22、低化学反应的自由离子活度,增加反应自由能G。(3)降低溶液pH 此外,在Fe、Mn和氢氧化物的还原反应中,有机物质可以作为还原剂,是电子给予体 。第五节 沉积有机物及煤和石油的形成1、何谓沉积有机质,它们都包括那些有机质?沉积有机质系指来源于各种生物遗体及其生物代谢的分泌物和排泄物,直接或间接进入到沉积物中,或经过生物降解作用和沉积埋藏作用进入沉积物中,或经过缩合作用生成的新有机化合物及其衍生物。进入沉积物中的有机质包括:(1)来自低等生物和高等植物的原地成因有机质;生物体中主要的脂类、蛋白质、碳水化合物和木质素等有机成分组成,当生物死亡后,这些有机化合物在不同的氧化还原条件下,发生不同程度的

23、分解。 分解产物中的一部分会被一些生物当成能源利用,从而参加了生物圈有机碳的再循环。另一部分分解产物经过物理化学作用而变成简单的无机小分子,如CO2和H2O等。剩余的部分,在多数情况下它们仅占原始生物总量的极小部分,进入沉积物中形成沉积有机质; (2)由河流、降水、风力等搬运作用形成的异地成因有机质;(3)被各种作用改造,从古老沉积岩中转移出来的“再沉积”有机质。2、地质地质体中的有机质主要有几种类型?地质体中的有机质主要有两种类型:一是成岩作用过程中稳定性较高的有机物,如氨基酸、脂肪酸、卟啉、色素等,另一部分是成岩变质过程中新产生的有机物,如烃类、腐殖酸和干酪根等。其中新生成的有机质大部分已

24、经失去了与生物的同一性。生物聚合物经过了羧基、羟基等官能团的消失、加氢作用、异构化作用、裂解反应等一系列反应。裂解产物经分子重排、聚合等而形成地球化学性质稳定的构型。3、影响有机质保存的因素有那些?为什么?大多数情况下,沉积物中的有机质主要是浮游植物的微小残体,影响这些残体保存的因素有:有机质进入沉积物中的通量、沉积速率、沉积物颗粒大小和氧含量(Henrichs,1993)。沉积通量取决于表层水体中的生物生产力和沉积物上伏水体的深度,大量的浮游单细胞自养生物(藻类和光合细菌)统称为浮游植物,它们几乎是所有海洋生态系统及其他淡水生态系统有机碳的初级生产者。 水生生物死亡后,在从水体表层光合作用带

25、(通常为200米)下降过程中,被各种细菌和动物迅速消耗掉,因此,水体越深,到达水体底部沉积物中的有机质含量越少。在近岸海域,如三角洲、海湾、河口和邻海,陆源高等植物是该区域有机物质的重要组成部分。沉积物中有机质含量与沉积物颗粒大小成反比,首先,低密度的有机质颗粒仅仅能在水流速度非常慢,从而能使非常细小的有机质颗粒沉淀下来的地方聚集起来;其次,在沉积物中相当一部分有机物质是附着在矿物颗粒表层的,因此,矿物颗粒越小,比表面积越大,有机质含量就越高。 被矿物颗粒吸附的有机质较未吸附的单个有机质微粒更难溶解,这就意味着,这部分有机质在沉积物中不易被异养生物消耗掉,而能保存下来;再者,细粒沉积物的渗透性

26、较粗粒沉积物小,渗透性越小,溶解在沉积物中的氧含量就越低。在有机物保存条件中,氧化还原电位低,特别是氧含量低,是最重要的条件。 沉积物中有机质大量保存,其条件是有机物质埋藏数量大于被氧化的数量。氧化数量的多少则取决于沉积速度、生物扰动作用、扩散作用和上伏水体的深度。当有机碳埋藏数量超过被氧化的数量时,氧最终会被完全消耗掉,从而使环境变为还原状态,在此种状态下,生物的需氧呼吸作用终止。此种条件可以出现在沉积物中,也可能出现在水体本身。在现代海洋中,深部水体变成缺氧状态的情况是非常少见的,事实上,大部分的深海地区不会变成缺氧状态,甚至沉积物中也是如此;缺氧条件仅会出现在深部水体循环受限的黑海等少数

27、盆地内部。 4、有机大分子最终转化为CH4,其间要经过那些过程?抗风化能力强的有机大分子在沉积过程中容易被保存,而少量易变小分子能够保存下来的原因有那些?细菌能够释放外酵(外酵素),外酵可以分解不溶的复杂有机大分子,使其变成可溶的小分子。通常情况下,复杂有机大分子不可能被一种生物体彻底分解。因为任何一种生物体都不可能分泌出有机大分子分解所需要的所有酶,因此,有机大分子的分解需要细菌群,在进一步分解中,消耗部分能量,产生垃圾,变成更小的有机分子。 这样,蛋白质、碳水化合物和脂类被分解成氨基酸、单糖和长链脂肪酸,这些小分子又被发酵细菌分解成乙酸和其他短链羧基酸、乙醇、氢气和CO2。最后,上述产物被

28、甲烷菌转化成CH4。少量易发生变化的化合物也能够保存下来,甚至在较老的沉积物中,这些分子之所以能够保存下来,是因为它们处于被细菌酶保护的小环境中,这些易变的分子被包裹在抗分解能力强的结构内 (如孢子,花粉) 从而得以保存。有机质吸附在无机矿物颗粒表面,也具有一定的抗分解能力。吸附在无机矿物颗粒表面的有机分子不易受到酶的作用,部分或全部包裹在固体表面微孔中的有机分子更能得到保护。同样地,在碳酸盐壳内的蛋白质有机物也多少可以免受细菌酶作用,从而得以保存。5、沼泽湿地环境,泥炭含量影响因素有那些?生物生产力:湿地通常以生物生产力高为特征,因此输送到沉积物中的有机质通量就高;水文条件:泥炭是在浸满水的

29、土壤环境中形成的,浸满水的环境阻止了氧气进入沉积物中,这样使得沉积物水界面以下很快就成为缺氧环境;溶解有机酸的丰度:这些有机酸可由分解作用产生,其余部分由苔藓和细菌分泌产生。这些有机酸降低了环境pH值, 抑止了细菌分解能力;生物类型:上述环境中,主要生产者是苔藓类和各种植物,它们含有相对较多的芳香族化合物,与藻类和细菌体内占优势的脂肪族化合物相比,芳香族化合物具有较强的抗分解能力。 6、沉积有机质热演化过程中会发生那些化学反应 ,试举例说明(1)腐解反应在成岩作用早期,动植物死亡后,其遗体在组织内存在的自溶酶作用下开始分解,随后细菌和其他微生物参加并完成分解破坏和矿化作用的过程。微生物呼吸作用

30、是导致沉积有机质被腐解的主要原因。有氧和无氧环境中均能发生腐解作用。需氧腐解是以分子氧作为氢的最终受体的生物氧化作用,最后产物是CO2和H2O。 需氧性微生物如芽孢杆菌、根瘤菌、固氮菌、放线菌和霉菌等都是通过有氧腐解获得能量。缺氧腐解是在没有大气氧环境中的生物氧化过程。作为氢和电子受体的不是游离氧,而是NO3-、SO42-、CO32- 等无机物,厌氧微生物如甲烷菌、脱硫弧菌等都是通过缺氧腐解得到能量。发酵作用是一种没有外部电子受体情况下的氧化作用。酵解过程中,同一有机分子的不同部分分别充当电子和氢的供受体,因此,氧化不彻底,产生的能量低。 (2)氧化还原反应氧化还原反应是有机质形成和分解过程中

31、普遍存在的一类重要的化学反应。光合作用就是一种氧化还原反应过程。通常将有机分子中加氧或脱氢称为氧化反应,而将加氢或脱氧反应称为还原反应。如:CH3CHOHCOOH(乳酸) CH3COCOOH(丙酮酸)+2H+2e (3)加成反应有机分子中含有不饱和的双键,反应中双键断裂,新的原子或原子团分别加在原来的不饱和键两端的碳原子上,生成饱和的有机化合物。如:RCHCH2H2 RCH2CH3(4)缩合反应和聚合反应一般分子相同或不同的有机化合物相互结合过程中,有去除小分子化合物如H2O,HX等的反应称为缩合反应。而低分子化合物(单体)结合形成高分子化合物(高聚物)的反应称为聚合反应。通常所说的聚合反应是

32、以具有两个或两个以上官能团的一种或多种有机单体相互缩合形成高聚物,同时又析出水、氮、醇等小分子化合物的反应。聚合反应是通过有机质活性基团(COOH,CO,OH,NH2等)之间的相互作用实现的。(5)解聚合反应将大分子分裂成小分子的过程叫解聚合反应,它是聚合反应的逆过程。例如,淀粉分解为单糖,蔗糖的聚合和解聚合反应蛋白质分解为氨基酸等,如葡萄糖和果糖脱水缩合形成蔗糖,而蔗糖水解成葡萄糖和果糖则是解聚合反应。长链烃类通过受热或催化剂作用发生的解聚合反应常称为裂解。1、干酪根显微组分可分为几类?2、何谓干酪根、沥青和泥炭化作用干酪根为不溶于水、碱、非氧化的无机酸和有机溶剂(如苯/甲醇、甲苯、二氯甲烷

33、)的一切沉积有机质,它通常伴随有少量的可溶有机质,即沥青。干酪根为非均质高分子聚合物,在沉积物中,有90甚至更多的有机质为干酪根 (其余的大部分是分散沥青)。 沥青是指能够溶解在二硫化碳中的沉积有机物,包括固体、液体和气体。在成岩作用晚期,形成的沥青一般都小于总有机碳(残余干酪根)35,。在随后的热演化过程中,干酪根分解也会产生一部分沥青。在各种沼泽凹地中,富含有机质的沉积物在堆积过程中,各种微生物参与有机质的分解并发生复杂的生物化学和化学作用。有机质逐渐转化为泥炭,该过程称为泥炭化作用。在泥化作用过程中,细菌和真菌作用可使有机生物大分子分解为小分子量的低聚物和单体分子。该过程以好氧细菌作用开

34、始,当环境变为还原条件时,厌氧细菌开始继续起作用,同时,伴随各种气体(CO2,NH3,N2,CO2,H2O)的产生。泥炭形成后,随着埋藏深度的继续加大,进入煤演化的第二阶段煤化作用阶段。煤化作用是泥炭经过褐煤、亚烟煤、烟煤、无烟煤等不同阶段的演化过程。3、何谓成岩作用、深成热解作用和变质作用有机质热演化:成岩作用、深成热解作用和变质作用成岩作用:在沉积剖面最上面几米范围内,有机质会迅速发生细菌的分解作用,随着深度加大,细菌分解速度减慢。 深成热解作用:当细菌活动停止时,聚合作用和缩合作用逐渐增强,没有被微生物降解和消耗掉的有机残余物质,重新缩聚成更加稳定的地质聚合物(这些聚合物在土壤中为腐殖质

35、,泥炭沼泽中是褐煤,而沉积物中为干酪根)。当温度达到100150 时,干酪根分解为产生各种烃类混合物石油,并伴随少量的沥青、沥青质和树脂,这部分沥青称为油或原油。变质作用:在温度达到150-175时,最终产生甲烷和石墨,该过程称为变质作用。 深成热解作用是随着温度和压力增加而发生的一系列物理(热力学)反应,干酪根分子发生重排,脱去一些官能团以及碳碳键的断裂,形成了中等至低分子量的烃类和CO2、H2O和H2S等,从而使其结构更有序和更紧密,以在新环境中达到平衡。 深成热解作用又分为两个阶段: 石油生成的主要阶段。为产烃最大处,即生油窗阶段。该阶段H/C比值1,O/C 比值0.1,镜质体反射率一般

36、在0.61.3%之间,相当于温度60125。干酪根由于受热,在热催化作用下开始大量裂解形成烃类,一些侧链开始脱落,尤其是那些长的侧链、键能比较低的杂原子团优先被排除。同时,烷基和环烷基部分从干酪根中消失,羧基或碳氧基完全消失,剩下的大部分氧含于醚键中,也可能存在于杂环中,可溶有机质数量迅速增加。新生的烃类没有特征的结构和特殊的分布,它们数量不断增加,逐渐稀释了继承性的生物标志化合物浓度。 裂解生成凝析油和湿气阶段。这个阶段镜质体反射率为1.32.0%,大致相当于地温125200。在高温下,碳碳键断裂更快,剩余的干酪根和已形成的重烃继续热裂解,轻烃(C1C8)比例迅速增加,在地层温度和压力超过相

37、态转变的临界值时,这些轻质烃就发生逆蒸发,反溶于气态烃中,形成凝析气。这些凝析气到达地表后,浓缩为液体,因此称为冷凝物。湿气带为含有更多气态烃的湿气。最终出现干酪根的缩聚作用大于裂解作用,液态烃完全消失。由于不饱和烷烃每个碳原子具有2或更多氢原子,而芳香族化合物每个碳原子只有1个或更少的氢原子,因此,干酪根深成热解作用使H/C 和 O/C比值持续下降。4、油气运移及圈闭石油和天然气在形成后必须经过运移、聚集才能形成油气藏。在初次(在油源岩向储集岩的运移)和二次运移(在储集岩中的运移)中油气继续发生地球化学变化。大部分生油岩都是细粒沉积岩,由于受到埋藏压力作用,岩石的空隙度非常低,因此,一旦生油岩饱和了油气,液态和气态烃就会排出,石油运移最终到达不透水的阻隔层“圈闭”或地表。最理想的圈闭是富含粘土矿物的沉积岩覆盖在多孔的砂岩“储存”岩石上。 在石油运移过程中可以发生几种化学变化。石油发生初次运移时,由于不同烃类化合物的扩散率和粘性不同,因此在石油运移过程中会发生分馏作用。轻烃较重烃具有较高的扩散性和较低的粘性,因此,轻烃更易运移,与生油岩相比,储油岩更富集轻烃。石油中带

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