油气地球化学-第一章-化学基础和稳定同位素.ppt

第一章化学基础和稳定同位素
教学目的:
熟悉与油气地球化学有关的一些有机化学基本知识
主要内容:
有机化合物的命名和结构表示方法
有机化合物的立体结构
稳定同位素及其分馏原理
重点及难点:
有机化合物的立体异构
稳定同位素分馏原理
第一章化学基础和稳定同位素
第一节有机化学基础
第二节立体化学基础知识★
第三节有机化学反应
第四节稳定同位素★
一、有机化合物的结构
第一节有机化学基础
有机化合物——除CO2、碳酸盐岩和金属碳化物外的所有含碳原子化合物。油气地球化学研究的是存在于地质体中的有机化合物,包括烃类化合物和非烃化合物
碳原子的外电子层由四个电子组成,两个电子占据2s球形轨道,另外两个电子各占一个不同哑铃形的2p轨道。4个电子均可与其它元素共用,形成共价键,使其电子层保持完整。
第一节有机化学基础
当碳与其它原子结合时,2s和2p轨道可以杂合成不同的轨道结构。一个2s和三个2p轨道可以杂合形成4个相同的sp3轨道,,单个碳原子与四个氢原子中的每一个氢原子共用一个电子,可以满足8个电子的化合价的要求。因而,四个氢原子与一个碳原子结合形成了很稳定的化合物甲烷,其中氢位于正四面体的四角,而碳居于中心。
碳原子只以sp3杂化键联结,碳原子称为“饱和的”,碳和氢只含有单键的稳定分子称为饱和烃或烷烃
图1-2 碳原子的杂化sp3轨道


(CH4)的形态及维数

第一节有机化学基础
图1-3 ,位于等边三角形的三个角的轴线上
b.***含有一个p轨道,在σ键平面上下各由一个电子占据
(电子云)
(电子云)位于σ键平面上下
碳的2s和2p电子轨道也可以杂化成p和sp2轨道,碳的四个价电子被分成一个p和三个sp2轨道,其远离中心碳原子的轴之间夹角互为120°
当两个相邻的原子同时出现p轨道时就可形成“π”或双键,π键比σ键更容易发生化学反应。含有双键的烃类是“不饱和”的,包括烯烃和芳烃
第一节有机化学基础
苯分子示意图(最简单的芳烃)
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c. σ键平面上下π电子云的位移
苯为最简单的芳烃,苯的六个碳原子均杂化成sp2轨道,在平面六角形中以σ键相互连结。每个碳原子在p轨道内有一个电子,它可与其相邻碳原子重叠形成π键。苯环内每一个碳原子的π键相同,这六个p电子均分共享或在碳原子中移位,在环的上下形成环形π电子云。这种双键的排列方式比孤立的双键更稳定,因此在大多数石油中均存在各种芳烃,而烯烃却很少或不存在
第一节有机化学基础
二、烃类化合物
指只含碳、氢元素的化合物,包括正构烷烃、支链烷烃、环烷烃和芳香烃。
1、H2n+2
石油中目前已发现的正构烷烃的碳数可达nC70以上,取决于现代分析技术手段。
10个最简单正构烷烃的命名及结构表达方式
第一节有机化学基础
2、H2n+2
碳原子并不总是以直线方式排列,也可以形成支链,如分子式为C7H16可以形成许多异构体
2-***己烷
2,2,3-三***丁烷
在油气地球化学研究中,最重要的是支链烷烃是类异戊二烯烷烃,规则的类异戊二烯烷烃中每四个直链碳原子上存在一个***。
在石油和岩石中已发现6~40个碳原子的类异戊二烯烷烃
第一节有机化学基础
石油和沉积岩中部分重要类异戊二烯烷烃的结构
碳原子也能以环状方式排列,并以环上碳原子的总数命名,环烷烃实例如图所示。
甾烷是由三个六元环和一个五元环构成的环烷烃,萜烷是含有四个六元环和一个五元环的环烷烃,并以A、B 、C、D、E 、F 对环编号,用阿拉伯数字对碳原子标号,如图所示。
甾、萜类化合物的碳结构(左图为甾类,右图为萜类)
3、H2n