Гопаны в нефтях и методика их изучения

Для отдельного хромотографического пика, вымывающегося из колонки, обычно снимают несколько полных масс-спектров (от трёх до десяти). Для этого необходимо очень

Гопаны в нефтях и методика их изучения

Курсовой проект

Геодезия и Геология

Другие курсовые по предмету

Геодезия и Геология

Сдать работу со 100% гаранией

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Гопаны в нефтях и методика их изучения

Оглавление

 

Введение

Происхождение гопанов

Структура гопанов

Общие сведения о гопанах

Методика изучения гопанов

Применение гопанов

Заключение

Список литературы

 

Введение

 

Целью написания данной курсовой работы является рассмотрение одной из групп углеводородов-биомаркеров - группы гопанов и методики их изучения, в частности хромато-масс-спектрометрии.

Что же такое углеводороды-биомаркеры?

Высокомолекулярные насыщенные углеводороды, обнаруженные в нефтях, унаследовавшие липидную часть живого вещества называются биомаркёрами. В составе исходного живого вещества, участвующего в нефтеобразовании, доминирующая роль принадлежит липоидиновым компонентам (липидам и липоидам). В ходе диагенетических и катагенетических преобразований липиды превращаются в насыщенные алкановые и циклоалкановые, а также моно-, ди-, тетрациклические и полициклические ароматические углеводороды.

Биомаркеры используются, чтобы коррелировать нефти друг с другом и с их нефтематеринскими породами, таким образом, углубляется понимание строения резервуаров, путей миграции и возможных подходов при проведении поисково-разведочных работ. Биомаркеры могут использоваться, чтобы оценить степень преобразованности и (или) биодеградации, таким образом, предоставляя важнейшую информацию, необходимую чтобы правильно оценить распределение и продуктивность бассейнов. Биомаркеры дают важнейшую информацию относительно региональных изменений типов нефтей и нефтематеринских пород, контролирующихся генотипом органического вещества и условиями обстановок осадконакопления. Наконец, биомаркеры предоставляют возможность лучше понять кинетику нефтеобразования и теплового режима бассейна. [4]

В составе биомаркеров в наибольших концентрациях встречаются: нормальные алканы, стераны, трициклические и тетрациклические терпаны, гопаны и некоторые другие углеводороды. В настоящее время определено более 600 биомаркёров, наиболее изученными из которых являются стераны, изопренаны и терпаны.

Происхождение гопанов

 

Гопаны достаточно распространены в осадках и нефти, потому что гопаноидные предшественники являются важными компонентами мембран в живых клетках, устойчивыми к биодеградации в течение диагенеза.

Основным стуктурным предшественником гопанов является гопаноидный спирт-бактериогопантетрол (рис.1), имеющий 35 атомов углерода в молекуле, и некоторые другие биогопаноиды, которые в процессе диа-, катагенетической эволюции осадков теряют гидроксильные группы (в случае спиртов) или декарбоксилируются (в случае кислот) и в древних осадках, углях, горючих сланцах и нефтях присутствуют в виде углеводородов гомологического ряда гопана. Гопаны в растениях и грибах достаточно редки. Их обнаружили в некоторых тропических деревьях и травах, а также в папоротниках. У бактерий, синезеленых водорослей и лишайников синтез гопаноидов занимает ведущее место в изопреноидном метаболизме. Они входят в состав клеточных мембран и выполняют функции, подобные растительным и животным стеринам.

 

Рис.1. Происхождение гопанов в нефти из бактериогопантетрола (1) найденный в липидных мембранах прокариотических организмов. Стереохимия обозначена пустой (а) и черной (в) точками (водород направлен в и из страницы. Соответственно). биологическая конфигурация [17β (н), 21β (н), 22r] наложена на бактериогопантетрол, и непосредственно насыщает продукт (2) ферментами живых организмов, неустойчива в течение катагенеза и подвергается изомеризации до геологических конфигураций (3,4,5). 17β,21α (н) углеводороды (з) называются моретанами, в то время как все остальные гопанами(2,4,5).[4]

 

Биологическая конфигурация почти плоская, хотя плойчатость связей углерод-углерод в кольцах приводит к трехмерной форме. Подобно стеролам, бактериогопантетрол является амфипатическим, потому что содержит как полярные, так и неполярные концы (рис.2). Неполярный конец гидрофобен, и таким образом, нелегко связывается с водой или другими полярными растворителями. Полярный конец, однако, является гидрофильным, и легко растворим в воде. В клеточной мембране гидрофобные концы липидов расположены внутрь к центру липидного двойного слоя, и полярные концы обращены к водной среде окружающей клетку или цитоплазму внутри клетки. [4]

 

Рис.2. Бактериогопантетрол [4].

 

Плоская конфигурация и амфипатический характер необходимы бактериогопантетролу, чтобы встраиваться в липидную мембранную структуру. Так как это стереохимическое расположение термодинамически неустойчиво, диагенез и катагенез бактериогопантетрола приводят к преобразованию 17β (Н), 21β (Н) предшественников в 17α (Н), 21β (Н)-гопаны и 17β (Н), 21α (Н)-моретаны. [1]

 

Структура гопанов

 

Структура цилопентанопергидрохризена - основа гопанов, то есть гопан состоит из четырёх сжатых циклогексиловых колец, каждое из которых в форме кресла и сжатого циклопентилового кольца (рис.3).

 

Рис.3. Структура гопанов [2].

 

Изопреновые звенья служат основой в структуре (Изопрен (метилбутадиен) - основной структурный блок, состоящий из пяти атомов углерода, который найден во всех биомаркерах). Между изопреновыми звеньями связь в гопанах «голова к хвосту» и именно поэтому они являются регулярными соединениями. Гомологи гопановых углеводородов отличаются всего лишь величиной алкильного заместителя(CH3-С8H17), присоединенной к боковой цепи на Е-кольце. Углеводороды ряда гопана имеют 21 атом углерода в циклах, шесть метильных заместителей в цикле, из которых четыре являются ангулярными. [4]

Общие сведения о гопанах

 

Собственно говоря, название гопан применимо лишь к углеводороду состава С30. Углеводород состава С29 называют норметилгопаном, или адиантаном, состава С27 (отсутствует заместитель при С21)-трисноргопаном. Углеводороды состава С31, С32 и так далее называются соответственно гомогопаном, бисгомогопаном и так далее.

Гопаны с 30 и менее атомами углерода имеют ассиметричные центры в С-21 и на всех кольцевых швах (С-5, С-8, С-9, С - 10, С-13, С-14, С-17, и С-18). Гопаны с более 30 атомами углерода называются гомогопанами, где приставка гомо - касается дополнительных групп метилена в исходной молекуле, гопане. Обычные гомогопаны имеют расширенную боковую цепочку с дополнительным центром в С22 который приводит к двум пикам для каждого гомолога (22R и 22S) на масс-спектограммах этих соединений.

Пара С27 - гопанов (17αН-22,29,30-трисноргопан и 18αН-22,29,30-триноргопан) обычно называют Tm и Ts (соответственно). Считается, что Tm-гопан-биологически образованная структура; Ts-гопан - образовался из него либо посредством диагенетических, либо термальных процессов, или же посредством тех и других.

Гораздо более вероятным является расщепление одиночной связи углерод-углерод между позициями 21 и 22 (приводящие к С27 гопану) или расщепление любой из двух других связей углерод-углерод, присоединенных к С22 приводящему к С29 гопану), чем последовательное расщепление двух связей углерод-углерод.

В стереохимическом плане в гопановых углеводородах наиболее стабильной частью является правая часть молекулы, а именно хиральные центры у С17 и С22 атомов. Гопаны состоят из трех стереоизомерных рядов, а именно: 17α(Н),21β(Н), 17β(Н),21α(Н), 17β(Н),21β(Н)-гопанов. Соединения в ряду βα называются моретанами. (рис. 1)

Обозначения альфа (α) и бета (β) указывают, что водородные атомы ниже или выше плоскости колец.

Существуют два основных типа гопанов: 17αН, 21βН - нефтяной и 17βН, 21βН - биологический. В нефтях, как правило, присутствуют лишь следы гопанов, имеющих биологическую конфигурацию. Главная масса гопанов представлена углеводородами 17α,21β ряда. Биогопаны как весьма неустойчивые соединения найдены лишь в торфе, бурых углях, молодых сланцах и рассеянном органическом веществе начальных этапов катагенеза.

Итак, в биогопане сочленение циклов А/В, В/С и С/D - транс, тогда как в геологических гопанах динамически неустойчивое транс-сочленение циклов D/E меняется на более устойчивое - цис. (Сочленение циклов С/D транс - в биогопане и цис - в нефтяном гопане.) Именно из-за термической неустойчивости транс-сочленения D/E и заслонения связей 21-22 и 17-16 (цис-ориентация замещающего радикала) соединения ряда ββ (биологические гопаны) обнаруживают в нефтях в очень небольших количествах. Гопаны С28 αβ редки или отсутствуют в нефтях, так как их образование требует расщепления не одной, а двух связей углерод-углерод, присоединенных к С22 в С35 в гопаноидном предшественнике.

Следует также отметить, что биогопаны имеют более высокую температуру кипения и на хромато-масс-фрагментограммах иллюстрируются значительно позднее стереоизомерных им нефтяных гопанов (например, биогопан состава С30 иллюстрируется в области нефтяного гопана С31).

Различные конфигурации гопанов хорошо заметно в их масс-спектрах. Главным направлением распада гопанов под влиянием электронного удара является разрыв связи 8-14 с образованием двух фрагментов - постоянного А (m/z=191) и переменного (то есть зависящего от молекулярной массы исходного углеводорода) - Б (m/z=149(С27), 163(С28), 177(С29), 191(С30), 205(С31), 219(С32), 233(С33), 247(С34) и так далее.). Кроме того, для гопанов характерными являются молекулярные массы:370, 384, 398, 412, 426, 440 и так далее.

Для нефтяных (17α) гопанов фрагмент А более интенсивен, чем фрагмент Б. Для биогопанов (17β), напротив, интенсивность

Похожие работы

1 2 3 > >>