有機(jī)化學(xué)作業(yè)

1、第一節(jié) 有機(jī)化合物分類(lèi)及其命名第二節(jié) 生命化學(xué)：幾種重要的生物化學(xué)過(guò)程1、有機(jī)物分類(lèi)幾種？試舉例說(shuō)明 按碳鏈骨架分類(lèi)：根據(jù)有機(jī)化合物分子碳鏈的形式和組成碳鏈的原子的特征，有機(jī)化合物可分為以下三類(lèi)：(1) 開(kāi)鏈化合物在這類(lèi)化合物中，碳原子相互連接成為兩端張開(kāi)的鏈。由于這類(lèi)化合物最初在脂肪中發(fā)現(xiàn)，因此又叫做脂肪族化合物。 CH3CH2CH2CH3（丁烷）。(2) 碳環(huán)化合物 在這類(lèi)化合物分子中，碳原子相互連接而成環(huán)狀。碳環(huán)化合物又分為以下兩種： 脂環(huán)族化合物該類(lèi)型中，碳原子相互連接成環(huán)狀，環(huán)內(nèi)也可以有雙鍵，其性質(zhì)和脂肪族化合物相似 。 芳香族化合物在其分子中具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，即由六個(gè)碳原子以單鍵、雙鍵

2、交替連接而成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。(3) 雜環(huán)化合物這類(lèi)化合物也具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但環(huán)上的原子不完全是碳原子，還有其他原子存在。按照官能團(tuán)分類(lèi)：所謂官能團(tuán)是指能反映某類(lèi)有機(jī)化合物性質(zhì)的原子或原子團(tuán)，因此，含有相同官能團(tuán)的化合物，其化學(xué)性質(zhì)基本相同。 2、試寫(xiě)出羥基、羰基、羧基、醚基、氨基官能團(tuán)組成。3、 寫(xiě)出分子式松香油(維生素A) 4、畫(huà)出-D型葡萄糖分子結(jié)構(gòu)5、蛋白質(zhì)有幾種最基本的氨基酸組成？為什么蛋白質(zhì)可以顯酸性、堿性和中性？蛋白質(zhì)是由多種氨基酸組成的高度有序的聚合物，一般都含由20個(gè)氨基酸，最復(fù)雜的蛋白質(zhì)可含有8000多個(gè)氨基酸單元，它們構(gòu)成了生物機(jī)體中大部分含氮化合物。最簡(jiǎn)單的氨基酸是氨基乙酸，它

3、由一個(gè)帶氫原子的氨基酸官能團(tuán)和一個(gè)帶甲基的丙氨酸組成 。根據(jù)氨基酸中羧基和氨基的相對(duì)數(shù)量，氨基酸呈現(xiàn)中性、酸性和堿性。氨基酸中另外一個(gè)羧基官能團(tuán)，可給出質(zhì)子，而顯酸性。多出的氨基可以接受質(zhì)子，而表現(xiàn)出堿性。6、核酸是由哪三類(lèi)物質(zhì)組成的？核糖核酸和脫氧核糖核酸的差別是什么？氨基、磷酸根 (PO43-)和吡啶官能團(tuán)是核酸最基本的組成成分。RNADNA酸磷酸磷酸糖D核糖D2脫氧核酸含氮堿嘌呤腺嘌呤腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤嘧啶胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶7、何謂異戊二烯法則？萜類(lèi)化合物命名原則是什么？萜類(lèi)是一類(lèi)非常重要的脂類(lèi)化合物，萜類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)非常多，但異戊二烯單元是其基本單元， 5個(gè)碳原子組成的碳鏈上，第

4、二個(gè)碳原子上有一個(gè)甲基。自然界生物合成的一個(gè)重要方式就是異戊二烯單元(isoprene)的聚合反應(yīng)。凡有成倍的C5單元的天然生物產(chǎn)物，通常就是整個(gè)異戊二烯單元的連接，這就是“異戊二烯法則”。萜類(lèi)和甾類(lèi)化合物都符合“異戊二烯法則”，它們廣泛分布于生物體內(nèi)，也是極為重要的生物標(biāo)志化合物。萜類(lèi)化合物可是直鏈、環(huán)狀或兩者兼有的、飽和的或不飽和的異戊二烯聚合物。萜類(lèi)化合物以異戊二烯單元的數(shù)目來(lái)命名：?jiǎn)屋朴?個(gè)異戊二烯單元構(gòu)成，倍半萜有3個(gè)異戊二烯單元，雙萜(C20)有4個(gè)異戊二烯單元、二倍半萜(C25)有5個(gè)異戊二烯單元、三萜(C30) 有6個(gè)異戊二烯單元、四萜(C40) 有8個(gè)異戊二烯單元，超過(guò)8個(gè)異

5、戊二烯單元的萜類(lèi)化合物稱(chēng)為多萜。8、試畫(huà)出甾類(lèi)化合物的基本構(gòu)架。甾類(lèi)化合物又稱(chēng)類(lèi)固醇，它并不是脂，而是含有一個(gè)由四個(gè)環(huán)稠合的碳環(huán)結(jié)構(gòu)，可以看作是一部分或完全氫化的菲與一個(gè)環(huán)戊烷稠合的碳環(huán)，并具有三個(gè)側(cè)鏈的骨架 。三個(gè)環(huán)戊烷、菲環(huán)、三個(gè)側(cè)鏈的骨架。9、什么是吡咯環(huán)和卟吩核。色素多具有異戊間二烯結(jié)構(gòu)。生物體中主要有三大類(lèi)色素，葉綠素是植物細(xì)胞中基本生化組分，是生物體中最為重要且最普遍的一類(lèi)有機(jī)色素，葉綠素本身很不穩(wěn)定，在地質(zhì)體中很少見(jiàn)到。此外，一些重要的色素還有血紅素，它是動(dòng)物血液中的紅色素，其卟吩環(huán)中心為鐵原子。類(lèi)胡蘿卜素是另一種重要的有機(jī)色素，它能使植物呈淡黃色到深紅色。類(lèi)胡蘿卜素存在于一切綠

6、色植物中，在不進(jìn)行光合作用的細(xì)菌和真菌中，也有類(lèi)胡蘿卜素存在。葉綠素是由四個(gè)吡咯環(huán)的a碳原子通過(guò)四個(gè)次甲基(=CH)交替連接而成的卟吩核，其中碳原子有八個(gè)取代基(R1R8)，其中R7為葉綠醇丙酸基縮合的脂，卟吩核中心有一個(gè)鎂原子同氮螯合。 10、有氧光合作用和無(wú)氧光合作用的異同點(diǎn)是什么？11、什么是呼吸作用，有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的異常點(diǎn)是什么？ 呼吸作用是指生活細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物，在一系列酶的參與下，逐步氧化分解成簡(jiǎn)單物質(zhì)，并釋放能量的過(guò)程。依據(jù)呼吸過(guò)程中是否有氧參與，可將呼吸作用分為：有氧呼吸：是指生活細(xì)胞利用分子氧(O2)，將某些有機(jī)物質(zhì)徹底氧化分解釋放CO2，同時(shí)將O2還原為H2O，并釋放能量

7、的過(guò)程。無(wú)氧呼吸：指生活細(xì)胞在無(wú)氧條件下，把某些有機(jī)物分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時(shí)釋放出部分能量的過(guò)程。12、生物從碳水化合物獲得能量可分成哪三個(gè)階段？（1）大分子分解成小分子，如淀粉、糖元等變成葡萄糖。 （2）這些小分子通過(guò)糖酵解，進(jìn)一步降解成更小的單位，其中之一是乙酰輔酶A，它是活化的酰基的載體。（3）通過(guò)三羧酸循環(huán)基氧化磷酸化，乙?；鶑氐籽趸蒀O2，而當(dāng)電子流向最終的電子受體O2時(shí)即生成ATP。第三節(jié) 自然水體和土壤中的有機(jī)物1、 下列簡(jiǎn)稱(chēng)各代表什么含義 POM、 DOM、 VOC 、 COM 、TOM和TOC？顆粒有機(jī)質(zhì)(POM)，不能被0.45 m過(guò)濾的所有有機(jī)質(zhì)；溶解有機(jī)質(zhì)(D

8、OM)，能夠通過(guò)0.45 m過(guò)濾的所有有機(jī)質(zhì)；膠體則位于介于兩者之間；某些在表生環(huán)境下可以揮發(fā)的有機(jī)物稱(chēng)為揮發(fā)性有機(jī)碳(VOC)。膠體的顆粒直徑為1nm（10-9）0.45 m （10-6） ，形成膠體的有機(jī)質(zhì)分子量大于10,000，這部分有機(jī)質(zhì)稱(chēng)為膠體有機(jī)物(COM)。溶解有機(jī)質(zhì)和顆粒有機(jī)質(zhì)合稱(chēng)為總有機(jī)物(TOM)；總有機(jī)物中有機(jī)碳的含量為總有機(jī)碳(TOC)；分為：顆粒有機(jī)碳(POC)或懸浮有機(jī)碳(SOC)和溶解有機(jī)碳(DOC)。2、溶解在自然水體中的有機(jī)質(zhì)可分為幾種種類(lèi)型？它們各包括什么有機(jī)質(zhì)？溶解在自然水體中的有機(jī)質(zhì)可分為簡(jiǎn)單化合物、親水酸和腐殖質(zhì)。簡(jiǎn)單化合物包括各種生物分子、羧酸(包括

9、脂肪酸)、酚、碳水化合物、氨基酸、核酸和碳?xì)浠衔锏?。腐殖質(zhì)是土壤中發(fā)現(xiàn)的非常復(fù)雜、且了解不夠詳細(xì)的一類(lèi)有機(jī)質(zhì)。腐殖質(zhì)中是否含由簡(jiǎn)單生物分子縮合作用產(chǎn)生的復(fù)雜生物分子和多聚體的殘余物還存在一些爭(zhēng)議。包括：富里酸和腐殖酸。親水酸介于兩者之間，可能是更復(fù)雜的富里酸和胡敏酸的先驅(qū)。3、在簡(jiǎn)單有機(jī)酸中，羧酸為什么具有重要的環(huán)境意義？其可能的成因是什么？羧基官能團(tuán)具有酸性特征， 它們?nèi)芙饪梢杂行У馗淖兯w的pH； 羧基可以絡(luò)合金屬，從而影響溶液中金屬離子的濃度和活度； 它們是海相和陸相腐殖質(zhì)的基本組成。它可能來(lái)自于植物體的分解作用，大部分直接是藻類(lèi)和其他有機(jī)物的分泌物。 4、水體中長(zhǎng)鏈或非揮發(fā)性脂肪酸、

10、羥酸、酮酸、乳酸、羥基乙酸和丙酮酸的可能成因是什么？它們均來(lái)自于植物體的分解作用，大部分直接是藻類(lèi)和其他有機(jī)物的分泌物。 長(zhǎng)鏈或非揮發(fā)性脂肪酸是由甘油三酸脂經(jīng)水解作用形成的脂肪酸。5、水體中為什么碳水化合物的濃度受細(xì)菌活度的影響，一天中水體碳水化合物濃度是如何變化的。淡水中，大部分碳水化合物主要來(lái)源于陸源植物；海水中， 浮游植物是溶解碳水化合物的主要來(lái)源。碳水化合物可以與細(xì)菌迅速發(fā)生同化吸收和代謝作用，因此，水中碳水化合物含量是由細(xì)菌活度控制的。一天中，水體中的碳水化合物濃度最低值出現(xiàn)在清晨，最高濃度出現(xiàn)在傍晚，這表明，由浮游植物新產(chǎn)生的溶解有機(jī)物可被細(xì)菌迅速消耗掉，這樣以溶解狀態(tài)存在的碳水化

11、合物分子在水中停留的時(shí)間僅有幾個(gè)小時(shí)(Thurman, 1985)。 6、水體中氨基酸可以由哪兩種存在方式？自由氨基酸主要指哪些類(lèi)型？自然水體中的氨基酸是以自由分子和與縮氨基與蛋白質(zhì)結(jié)合的方式存在，它們是腐殖質(zhì)的重要組成。自由氨基酸的濃度只占結(jié)合狀態(tài)氨基酸濃度的1/4或更低，簡(jiǎn)單的氨基酸、甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸、賴(lài)氨酸和纈氨酸是自由氨基酸中含量最豐富的。7、在水體中揮發(fā)性烴類(lèi)主要類(lèi)型是什么？甲烷的主要成因類(lèi)型有哪幾種？在揮發(fā)性烴類(lèi)中，甲烷豐度最高。一部分甲烷由高等動(dòng)物的消化道產(chǎn)生，大部分自然源甲烷是在還原條件下(沼澤、還原性海區(qū)和湖相沉積物等)由產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)生，雖然它們的含量較少，但在全球碳循

12、環(huán)中具有重要意義。 8、海水中難揮發(fā)和半揮發(fā)烴類(lèi)中，姥鮫烷(pristine)和植烷的來(lái)源有那些？海水中難揮發(fā)和半揮發(fā)烴類(lèi)中，C15和C17的鏈烷烴和類(lèi)異戊二烯烴主要是由C16和C18脂肪酸(棕櫚酸和硬脂酸)的去羧基化形成的，它們主要來(lái)自于動(dòng)物和浮游植物。類(lèi)異戊二烯烴，主要為姥鮫烷(pristine)和植烷(phytane)，它們主要來(lái)源于葉綠素分子中的葉綠醇鏈。9、何謂腐殖質(zhì)？它的元素組成和主要官能團(tuán)是什么？腐殖質(zhì)是土壤、現(xiàn)代沉積物中主要的有機(jī)組分，土壤中碳的6970存在于腐殖質(zhì)中。它是生物主要是植物殘?bào)w經(jīng)細(xì)菌分解后縮聚的有機(jī)物，高分子量一般大于 500道爾噸，它既無(wú)固定的元素組成和結(jié)構(gòu)，也

13、無(wú)特定的物理化學(xué)性質(zhì)。腐殖質(zhì)是難溶的，它們能夠抵抗有機(jī)生物的分解作用，因此，它們?cè)谒w中滯留的時(shí)間為幾星期甚至上千年。腐殖質(zhì)的主要元素組成有碳、氫、氧、硫、氮、磷等，還有少量的鈣、鎂、硅等，其準(zhǔn)確的含碳量和分子結(jié)構(gòu)至今還不是很清楚。腐殖質(zhì)中官能團(tuán)最重要的是羧基、酚、乙醇、羰基、氨基和硫基(SH)等官能團(tuán)，其中羧基官能團(tuán)占主要地位，因此.，腐殖質(zhì)帶酸性 (即它們是質(zhì)子的給予體)。 親水酸與腐殖質(zhì)很接近，它們的分子結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜，很難被吸附在離子交換樹(shù)脂上。它們略帶顏色，具有很多支鏈和很多的取代有機(jī)酸，與腐殖質(zhì)相比，它們的分子量較低，酸性官能團(tuán)較多。10、腐殖質(zhì)又進(jìn)一步可分為幾種成分？它們各自有何

14、差異？腐殖質(zhì)又進(jìn)一步可分為：胡敏酸：堿可溶、水和酸不溶，分子量中等（8902550）；富里酸：水、酸、堿都可溶、分子量低（6751450）；胡敏素：水、酸、堿都不溶、分子量高的黑色組分。差異：胡敏酸通常情況下比富里酸富碳貧氧，且貧氫富氮。富里酸平均分子量較低，約800-2000 道爾噸，胡敏酸大于2000道爾噸。此外，富里酸較胡敏酸具有較高的羧基酸官能團(tuán)，而胡敏酸相對(duì)富集酚官能團(tuán)，富里酸中羧基含量較高，胡敏酸中芳環(huán)結(jié)構(gòu)較高，因此，富里酸具有較大的溶解度。11、溶解腐殖質(zhì)與土壤腐殖質(zhì)的差異？溶解腐殖質(zhì)比土壤腐殖質(zhì)具有較高的羧基官能團(tuán)含量，富里酸中可溶羧基平均含量為5.5mM/g, 約合每6個(gè)碳原

15、子有一個(gè)羧基，相反，可溶胡敏酸中每12個(gè)碳原子有1個(gè)羧基官能團(tuán)。除官能團(tuán)外，腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)中還有很多生物分子，在可溶胡敏酸中烴類(lèi)占了總碳的1，且胡敏酸高于富里酸。很多烴類(lèi)分子是以氫鍵與腐殖質(zhì)分子結(jié)構(gòu)鍵合的。 12、pH值是如何影響腐殖質(zhì)的形狀的？pH強(qiáng)烈地影響腐殖質(zhì)的形狀，在pH較低時(shí)，胡敏酸和富里酸分子是纖維狀的；在pH為中性時(shí)，這些纖維狀有機(jī)質(zhì)傾向于相互連接成海綿狀結(jié)構(gòu)，這種海綿狀結(jié)構(gòu)能夠捕獲較小的分子；在堿性的條件下，這些結(jié)構(gòu)變成塊狀的。13、土壤有機(jī)質(zhì)包括哪兩種類(lèi)型？它們各自成因和特點(diǎn)是什么？土壤有機(jī)質(zhì)包括生物分子、動(dòng)植物殘枝枯葉和腐殖質(zhì)。生物分子：生物死亡的細(xì)胞和排泄物或植物被雨水淋濾沖

16、洗進(jìn)入到土壤中的部分生物分子。腐殖質(zhì)：大的動(dòng)物和微生物釋放出的分泌液，它們可以被土壤中的有機(jī)和無(wú)機(jī)成分分解吸收，在這些分泌液中最重要的是簡(jiǎn)單的羧酸，如乙酸、草酸、螞酸(HCOOH)、酒石酸、檸檬酸和石碳酸等。石炭酸上的OH官能團(tuán)可以游離出來(lái)，因此，這些化合物對(duì)土壤酸化和風(fēng)化有一定影響。這些簡(jiǎn)單的有機(jī)酸通常在土壤植物根系周?chē)休^高的濃度，土壤溶液中的平均含量略低于1mM 。由于土壤中存在簡(jiǎn)單酸性物質(zhì)和較復(fù)雜的腐殖酸，因此，大多數(shù)土壤是弱酸性的，土壤中酸性物質(zhì)存在對(duì)土壤風(fēng)化有較大影響。大多數(shù)生物分子由于細(xì)菌作用可以迅速產(chǎn)生代謝反應(yīng)，其在土壤中的滯留時(shí)間是非常短暫的，一般是幾天或更短。相反，穩(wěn)定的腐

17、殖質(zhì)在土壤中可以存在幾千年之久。土壤中腐殖質(zhì)可分為胡敏酸、富里酸和胡敏素三種成分。土壤中富里酸和胡敏酸成分上的差異比水體中兩者的差異大。 14、土壤中的有機(jī)酸羧酸對(duì)土壤中金屬元素的地球化學(xué)行為有何影響？有機(jī)物，特別是草酸一類(lèi)的羧酸在土壤灰化作用過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。土壤表層羧酸含量較高，羧酸能夠與Fe和Al形成可溶絡(luò)合物，這些絡(luò)合物被流水帶入土壤剖面下部，在此處，羧酸被細(xì)菌氧化，F(xiàn)e和Al以氫氧化物的形式發(fā)生沉淀，因此，造成土壤剖面上部Fe和Al的貧化而在下部剖面富集的現(xiàn)象。第四節(jié) 有機(jī)分子的化學(xué)性質(zhì)1、有機(jī)分子的酸性、堿性和絡(luò)合(鰲合)性分別由那些官能團(tuán)造成的？酚上的OH官能團(tuán)也能夠游離出H

18、+離子，從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約為3 ，而酚pKa多為8。在自然界多數(shù)水體和土壤中，酚溶解度較低或幾乎不溶。 氨基等含氮官能團(tuán)具有堿性，平衡常數(shù)用pKb表示。脂肪胺具有強(qiáng)堿性，pKb值為1012。當(dāng)pH值低于該值時(shí)，脂肪胺發(fā)生質(zhì)子化，在大多數(shù)水體和土壤中，脂肪胺帶有一價(jià)正電荷，與陽(yáng)離子行為一樣。因?yàn)樗w和土壤中多數(shù)顆粒表面都帶有負(fù)電荷，這些有機(jī)陽(yáng)離子被顆粒物迅速鍵合，從溶液中移出。芳香胺具有弱堿性，pKb 約為4 6，它們?cè)谒嵝运w和土壤中才表現(xiàn)出堿性。絡(luò)合物的化學(xué)定義是：一個(gè)單純的正離子或原子，與一定數(shù)目的負(fù)離子或中性分子，以配位鍵結(jié)合成絡(luò)離子或絡(luò)合分子

19、，則此絡(luò)合分子或含有絡(luò)離子的化合物稱(chēng)為絡(luò)合物。一般所謂的螯合物，是具一定結(jié)構(gòu)類(lèi)型的絡(luò)合物。即配位體能夠以?xún)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的配位原子與同一個(gè)中心離子絡(luò)合。這種絡(luò)合物在分子構(gòu)形上如同蟹的兩前螯夾持住物體一樣，故稱(chēng)為螯合物；如有電荷呈離子態(tài)，則稱(chēng)為螯合離子。 形成螯合物的第一個(gè)條件是螯合劑必須有兩個(gè)或兩個(gè)以上都能給出電子對(duì)的配位原子(主要是N，O，S等原子)。第二個(gè)條件是每?jī)蓚€(gè)能給出電子對(duì)的配位原子，必須隔著兩個(gè)或三個(gè)其他原子，因?yàn)橹挥羞@樣，才可以形成穩(wěn)定的五原子環(huán)或六原子環(huán)。例如，在氨基乙酸根離子(H2N-CH2-COO-)中，給出電子的羥基氧和氨基氮之間，隔著兩個(gè)碳原子，因此它可以形成穩(wěn)定的具有五

20、原子環(huán)的化合物。2、何謂疏水效應(yīng)和疏水物質(zhì)？疏水物質(zhì)有哪幾種特性？易溶于有機(jī)溶劑難溶于水的性質(zhì)稱(chēng)為水性，水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋在分子的內(nèi)部，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為疏水相互作用（疏水效應(yīng)），當(dāng)疏水化合物殘基進(jìn)入水中時(shí)，它周?chē)乃肿訉⑴帕谐蓜傂缘挠行蚪Y(jié)構(gòu)，上述物質(zhì)稱(chēng)為疏水物質(zhì)。疏水物質(zhì)的一種特性是在水中的溶解度是有限的，特性之二是當(dāng)疏水物質(zhì)存在于水溶液中，水會(huì)迅速吸附在無(wú)極性分子的表面(如有機(jī)固體的表面)。3、pH是如何影響物質(zhì)的吸附機(jī)理的？pH為3時(shí)，吸附量達(dá)到最大值，pH增加，吸附量逐漸減少。當(dāng)pH低于礦物的等電位點(diǎn)時(shí)，礦物表面將產(chǎn)生質(zhì)子化，攜帶上正電荷；當(dāng)pH高于該點(diǎn)時(shí)，將

21、攜帶上負(fù)電荷。而且，有機(jī)官能團(tuán)的分解和質(zhì)子化與pH密切有關(guān)，從而影響吸附程度。很顯然， pH 將同樣影響吸附的機(jī)理，在pH很高條件下，固體表面帶有凈負(fù)電荷，腐殖酸分子中的羧酸官能團(tuán)通過(guò)陽(yáng)離子鍵與固體表面鍵合；在pH值較低時(shí)，羧基官能團(tuán)通過(guò)氫鍵與帶正電荷的固體表面鍵合。pH在礦物等電位點(diǎn)時(shí)，其表面是中性的，此時(shí)，腐殖酸則通過(guò)其非極性部分發(fā)生疏水吸附。因此，pH影響了吸附程度和吸附劑與被吸附物質(zhì)之間的鍵合強(qiáng)度。 4、有機(jī)酸在礦物風(fēng)化過(guò)程中的作用？(1) 可在固體表面形成絡(luò)合物，特別是螯合物的形成可消弱礦物晶體內(nèi)部金屬與氧結(jié)合力，從而促使金屬?gòu)钠涔腆w表面移出 。(2)在溶液中與金屬離子形成絡(luò)合物，降

22、低化學(xué)反應(yīng)的自由離子活度，增加反應(yīng)自由能G。(3)降低溶液pH 此外，在Fe、Mn和氫氧化物的還原反應(yīng)中，有機(jī)物質(zhì)可以作為還原劑，是電子給予體 。第五節(jié) 沉積有機(jī)物及煤和石油的形成1、何謂沉積有機(jī)質(zhì)，它們都包括那些有機(jī)質(zhì)？沉積有機(jī)質(zhì)系指來(lái)源于各種生物遺體及其生物代謝的分泌物和排泄物，直接或間接進(jìn)入到沉積物中，或經(jīng)過(guò)生物降解作用和沉積埋藏作用進(jìn)入沉積物中，或經(jīng)過(guò)縮合作用生成的新有機(jī)化合物及其衍生物。進(jìn)入沉積物中的有機(jī)質(zhì)包括：（1）來(lái)自低等生物和高等植物的原地成因有機(jī)質(zhì)；生物體中主要的脂類(lèi)、蛋白質(zhì)、碳水化合物和木質(zhì)素等有機(jī)成分組成，當(dāng)生物死亡后，這些有機(jī)化合物在不同的氧化還原條件下，發(fā)生不同程度的

23、分解。 分解產(chǎn)物中的一部分會(huì)被一些生物當(dāng)成能源利用，從而參加了生物圈有機(jī)碳的再循環(huán)。另一部分分解產(chǎn)物經(jīng)過(guò)物理化學(xué)作用而變成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)小分子，如CO2和H2O等。剩余的部分，在多數(shù)情況下它們僅占原始生物總量的極小部分，進(jìn)入沉積物中形成沉積有機(jī)質(zhì)； （2）由河流、降水、風(fēng)力等搬運(yùn)作用形成的異地成因有機(jī)質(zhì)；（3）被各種作用改造，從古老沉積巖中轉(zhuǎn)移出來(lái)的“再沉積”有機(jī)質(zhì)。2、地質(zhì)地質(zhì)體中的有機(jī)質(zhì)主要有幾種類(lèi)型？地質(zhì)體中的有機(jī)質(zhì)主要有兩種類(lèi)型：一是成巖作用過(guò)程中穩(wěn)定性較高的有機(jī)物，如氨基酸、脂肪酸、卟啉、色素等，另一部分是成巖變質(zhì)過(guò)程中新產(chǎn)生的有機(jī)物，如烴類(lèi)、腐殖酸和干酪根等。其中新生成的有機(jī)質(zhì)大部分已

24、經(jīng)失去了與生物的同一性。生物聚合物經(jīng)過(guò)了羧基、羥基等官能團(tuán)的消失、加氫作用、異構(gòu)化作用、裂解反應(yīng)等一系列反應(yīng)。裂解產(chǎn)物經(jīng)分子重排、聚合等而形成地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的構(gòu)型。3、影響有機(jī)質(zhì)保存的因素有那些？為什么？大多數(shù)情況下，沉積物中的有機(jī)質(zhì)主要是浮游植物的微小殘?bào)w，影響這些殘?bào)w保存的因素有：有機(jī)質(zhì)進(jìn)入沉積物中的通量、沉積速率、沉積物顆粒大小和氧含量(Henrichs，1993)。沉積通量取決于表層水體中的生物生產(chǎn)力和沉積物上伏水體的深度，大量的浮游單細(xì)胞自養(yǎng)生物(藻類(lèi)和光合細(xì)菌)統(tǒng)稱(chēng)為浮游植物，它們幾乎是所有海洋生態(tài)系統(tǒng)及其他淡水生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳的初級(jí)生產(chǎn)者。 水生生物死亡后，在從水體表層光合作用帶

25、(通常為200米)下降過(guò)程中，被各種細(xì)菌和動(dòng)物迅速消耗掉，因此，水體越深，到達(dá)水體底部沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量越少。在近岸海域，如三角洲、海灣、河口和鄰海，陸源高等植物是該區(qū)域有機(jī)物質(zhì)的重要組成部分。沉積物中有機(jī)質(zhì)含量與沉積物顆粒大小成反比，首先，低密度的有機(jī)質(zhì)顆粒僅僅能在水流速度非常慢，從而能使非常細(xì)小的有機(jī)質(zhì)顆粒沉淀下來(lái)的地方聚集起來(lái)；其次，在沉積物中相當(dāng)一部分有機(jī)物質(zhì)是附著在礦物顆粒表層的，因此，礦物顆粒越小，比表面積越大，有機(jī)質(zhì)含量就越高。 被礦物顆粒吸附的有機(jī)質(zhì)較未吸附的單個(gè)有機(jī)質(zhì)微粒更難溶解，這就意味著，這部分有機(jī)質(zhì)在沉積物中不易被異養(yǎng)生物消耗掉，而能保存下來(lái)；再者，細(xì)粒沉積物的滲透性

26、較粗粒沉積物小，滲透性越小，溶解在沉積物中的氧含量就越低。在有機(jī)物保存條件中，氧化還原電位低，特別是氧含量低，是最重要的條件。 沉積物中有機(jī)質(zhì)大量保存，其條件是有機(jī)物質(zhì)埋藏?cái)?shù)量大于被氧化的數(shù)量。氧化數(shù)量的多少則取決于沉積速度、生物擾動(dòng)作用、擴(kuò)散作用和上伏水體的深度。當(dāng)有機(jī)碳埋藏?cái)?shù)量超過(guò)被氧化的數(shù)量時(shí)，氧最終會(huì)被完全消耗掉，從而使環(huán)境變?yōu)檫€原狀態(tài)，在此種狀態(tài)下，生物的需氧呼吸作用終止。此種條件可以出現(xiàn)在沉積物中，也可能出現(xiàn)在水體本身。在現(xiàn)代海洋中，深部水體變成缺氧狀態(tài)的情況是非常少見(jiàn)的，事實(shí)上，大部分的深海地區(qū)不會(huì)變成缺氧狀態(tài)，甚至沉積物中也是如此；缺氧條件僅會(huì)出現(xiàn)在深部水體循環(huán)受限的黑海等少數(shù)

27、盆地內(nèi)部。 4、有機(jī)大分子最終轉(zhuǎn)化為CH4，其間要經(jīng)過(guò)那些過(guò)程？抗風(fēng)化能力強(qiáng)的有機(jī)大分子在沉積過(guò)程中容易被保存，而少量易變小分子能夠保存下來(lái)的原因有那些？細(xì)菌能夠釋放外酵(外酵素)，外酵可以分解不溶的復(fù)雜有機(jī)大分子，使其變成可溶的小分子。通常情況下，復(fù)雜有機(jī)大分子不可能被一種生物體徹底分解。因?yàn)槿魏我环N生物體都不可能分泌出有機(jī)大分子分解所需要的所有酶，因此，有機(jī)大分子的分解需要細(xì)菌群，在進(jìn)一步分解中，消耗部分能量，產(chǎn)生垃圾，變成更小的有機(jī)分子。 這樣，蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂類(lèi)被分解成氨基酸、單糖和長(zhǎng)鏈脂肪酸，這些小分子又被發(fā)酵細(xì)菌分解成乙酸和其他短鏈羧基酸、乙醇、氫氣和CO2。最后，上述產(chǎn)物被

28、甲烷菌轉(zhuǎn)化成CH4。少量易發(fā)生變化的化合物也能夠保存下來(lái)，甚至在較老的沉積物中，這些分子之所以能夠保存下來(lái)，是因?yàn)樗鼈兲幱诒患?xì)菌酶保護(hù)的小環(huán)境中，這些易變的分子被包裹在抗分解能力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)內(nèi) (如孢子，花粉) 從而得以保存。有機(jī)質(zhì)吸附在無(wú)機(jī)礦物顆粒表面，也具有一定的抗分解能力。吸附在無(wú)機(jī)礦物顆粒表面的有機(jī)分子不易受到酶的作用，部分或全部包裹在固體表面微孔中的有機(jī)分子更能得到保護(hù)。同樣地，在碳酸鹽殼內(nèi)的蛋白質(zhì)有機(jī)物也多少可以免受細(xì)菌酶作用，從而得以保存。5、沼澤濕地環(huán)境，泥炭含量影響因素有那些？生物生產(chǎn)力：濕地通常以生物生產(chǎn)力高為特征，因此輸送到沉積物中的有機(jī)質(zhì)通量就高；水文條件：泥炭是在浸滿(mǎn)水的

29、土壤環(huán)境中形成的，浸滿(mǎn)水的環(huán)境阻止了氧氣進(jìn)入沉積物中，這樣使得沉積物水界面以下很快就成為缺氧環(huán)境；溶解有機(jī)酸的豐度：這些有機(jī)酸可由分解作用產(chǎn)生，其余部分由苔蘚和細(xì)菌分泌產(chǎn)生。這些有機(jī)酸降低了環(huán)境pH值， 抑止了細(xì)菌分解能力；生物類(lèi)型：上述環(huán)境中，主要生產(chǎn)者是苔蘚類(lèi)和各種植物，它們含有相對(duì)較多的芳香族化合物，與藻類(lèi)和細(xì)菌體內(nèi)占優(yōu)勢(shì)的脂肪族化合物相比，芳香族化合物具有較強(qiáng)的抗分解能力。 6、沉積有機(jī)質(zhì)熱演化過(guò)程中會(huì)發(fā)生那些化學(xué)反應(yīng) ，試舉例說(shuō)明（1）腐解反應(yīng)在成巖作用早期，動(dòng)植物死亡后，其遺體在組織內(nèi)存在的自溶酶作用下開(kāi)始分解，隨后細(xì)菌和其他微生物參加并完成分解破壞和礦化作用的過(guò)程。微生物呼吸作用

30、是導(dǎo)致沉積有機(jī)質(zhì)被腐解的主要原因。有氧和無(wú)氧環(huán)境中均能發(fā)生腐解作用。需氧腐解是以分子氧作為氫的最終受體的生物氧化作用，最后產(chǎn)物是CO2和H2O。 需氧性微生物如芽孢桿菌、根瘤菌、固氮菌、放線(xiàn)菌和霉菌等都是通過(guò)有氧腐解獲得能量。缺氧腐解是在沒(méi)有大氣氧環(huán)境中的生物氧化過(guò)程。作為氫和電子受體的不是游離氧，而是NO3-、SO42-、CO32- 等無(wú)機(jī)物，厭氧微生物如甲烷菌、脫硫弧菌等都是通過(guò)缺氧腐解得到能量。發(fā)酵作用是一種沒(méi)有外部電子受體情況下的氧化作用。酵解過(guò)程中，同一有機(jī)分子的不同部分分別充當(dāng)電子和氫的供受體，因此，氧化不徹底，產(chǎn)生的能量低。 （2）氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)是有機(jī)質(zhì)形成和分解過(guò)程中

31、普遍存在的一類(lèi)重要的化學(xué)反應(yīng)。光合作用就是一種氧化還原反應(yīng)過(guò)程。通常將有機(jī)分子中加氧或脫氫稱(chēng)為氧化反應(yīng)，而將加氫或脫氧反應(yīng)稱(chēng)為還原反應(yīng)。如：CH3CHOHCOOH(乳酸) CH3COCOOH(丙酮酸)+2H+2e （3）加成反應(yīng)有機(jī)分子中含有不飽和的雙鍵，反應(yīng)中雙鍵斷裂，新的原子或原子團(tuán)分別加在原來(lái)的不飽和鍵兩端的碳原子上，生成飽和的有機(jī)化合物。如：RCHCH2H2 RCH2CH3（4）縮合反應(yīng)和聚合反應(yīng)一般分子相同或不同的有機(jī)化合物相互結(jié)合過(guò)程中，有去除小分子化合物如H2O，HX等的反應(yīng)稱(chēng)為縮合反應(yīng)。而低分子化合物(單體)結(jié)合形成高分子化合物(高聚物)的反應(yīng)稱(chēng)為聚合反應(yīng)。通常所說(shuō)的聚合反應(yīng)是

32、以具有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的一種或多種有機(jī)單體相互縮合形成高聚物，同時(shí)又析出水、氮、醇等小分子化合物的反應(yīng)。聚合反應(yīng)是通過(guò)有機(jī)質(zhì)活性基團(tuán)(COOH，CO，OH，NH2等)之間的相互作用實(shí)現(xiàn)的。（5）解聚合反應(yīng)將大分子分裂成小分子的過(guò)程叫解聚合反應(yīng)，它是聚合反應(yīng)的逆過(guò)程。例如，淀粉分解為單糖，蔗糖的聚合和解聚合反應(yīng)蛋白質(zhì)分解為氨基酸等，如葡萄糖和果糖脫水縮合形成蔗糖，而蔗糖水解成葡萄糖和果糖則是解聚合反應(yīng)。長(zhǎng)鏈烴類(lèi)通過(guò)受熱或催化劑作用發(fā)生的解聚合反應(yīng)常稱(chēng)為裂解。1、干酪根顯微組分可分為幾類(lèi)？2、何謂干酪根、瀝青和泥炭化作用干酪根為不溶于水、堿、非氧化的無(wú)機(jī)酸和有機(jī)溶劑(如苯/甲醇、甲苯、二氯甲烷

33、)的一切沉積有機(jī)質(zhì)，它通常伴隨有少量的可溶有機(jī)質(zhì)，即瀝青。干酪根為非均質(zhì)高分子聚合物，在沉積物中，有90甚至更多的有機(jī)質(zhì)為干酪根 (其余的大部分是分散瀝青)。 瀝青是指能夠溶解在二硫化碳中的沉積有機(jī)物，包括固體、液體和氣體。在成巖作用晚期，形成的瀝青一般都小于總有機(jī)碳(殘余干酪根)35，。在隨后的熱演化過(guò)程中，干酪根分解也會(huì)產(chǎn)生一部分瀝青。在各種沼澤凹地中，富含有機(jī)質(zhì)的沉積物在堆積過(guò)程中，各種微生物參與有機(jī)質(zhì)的分解并發(fā)生復(fù)雜的生物化學(xué)和化學(xué)作用。有機(jī)質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)化為泥炭，該過(guò)程稱(chēng)為泥炭化作用。在泥化作用過(guò)程中，細(xì)菌和真菌作用可使有機(jī)生物大分子分解為小分子量的低聚物和單體分子。該過(guò)程以好氧細(xì)菌作用開(kāi)

34、始，當(dāng)環(huán)境變?yōu)檫€原條件時(shí)，厭氧細(xì)菌開(kāi)始繼續(xù)起作用，同時(shí)，伴隨各種氣體(CO2，NH3，N2，CO2，H2O)的產(chǎn)生。泥炭形成后，隨著埋藏深度的繼續(xù)加大，進(jìn)入煤演化的第二階段煤化作用階段。煤化作用是泥炭經(jīng)過(guò)褐煤、亞煙煤、煙煤、無(wú)煙煤等不同階段的演化過(guò)程。3、何謂成巖作用、深成熱解作用和變質(zhì)作用有機(jī)質(zhì)熱演化：成巖作用、深成熱解作用和變質(zhì)作用成巖作用：在沉積剖面最上面幾米范圍內(nèi)，有機(jī)質(zhì)會(huì)迅速發(fā)生細(xì)菌的分解作用，隨著深度加大，細(xì)菌分解速度減慢。 深成熱解作用：當(dāng)細(xì)菌活動(dòng)停止時(shí)，聚合作用和縮合作用逐漸增強(qiáng)，沒(méi)有被微生物降解和消耗掉的有機(jī)殘余物質(zhì)，重新縮聚成更加穩(wěn)定的地質(zhì)聚合物(這些聚合物在土壤中為腐殖質(zhì)

35、，泥炭沼澤中是褐煤，而沉積物中為干酪根)。當(dāng)溫度達(dá)到100150 時(shí)，干酪根分解為產(chǎn)生各種烴類(lèi)混合物石油，并伴隨少量的瀝青、瀝青質(zhì)和樹(shù)脂，這部分瀝青稱(chēng)為油或原油。變質(zhì)作用：在溫度達(dá)到150-175時(shí)，最終產(chǎn)生甲烷和石墨，該過(guò)程稱(chēng)為變質(zhì)作用。 深成熱解作用是隨著溫度和壓力增加而發(fā)生的一系列物理(熱力學(xué))反應(yīng)，干酪根分子發(fā)生重排，脫去一些官能團(tuán)以及碳碳鍵的斷裂，形成了中等至低分子量的烴類(lèi)和CO2、H2O和H2S等，從而使其結(jié)構(gòu)更有序和更緊密，以在新環(huán)境中達(dá)到平衡。 深成熱解作用又分為兩個(gè)階段： 石油生成的主要階段。為產(chǎn)烴最大處，即生油窗階段。該階段H/C比值1，O/C 比值0.1，鏡質(zhì)體反射率一般

36、在0.61.3%之間，相當(dāng)于溫度60125。干酪根由于受熱，在熱催化作用下開(kāi)始大量裂解形成烴類(lèi)，一些側(cè)鏈開(kāi)始脫落，尤其是那些長(zhǎng)的側(cè)鏈、鍵能比較低的雜原子團(tuán)優(yōu)先被排除。同時(shí)，烷基和環(huán)烷基部分從干酪根中消失，羧基或碳氧基完全消失，剩下的大部分氧含于醚鍵中，也可能存在于雜環(huán)中，可溶有機(jī)質(zhì)數(shù)量迅速增加。新生的烴類(lèi)沒(méi)有特征的結(jié)構(gòu)和特殊的分布，它們數(shù)量不斷增加，逐漸稀釋了繼承性的生物標(biāo)志化合物濃度。 裂解生成凝析油和濕氣階段。這個(gè)階段鏡質(zhì)體反射率為1.32.0%，大致相當(dāng)于地溫125200。在高溫下，碳碳鍵斷裂更快，剩余的干酪根和已形成的重?zé)N繼續(xù)熱裂解，輕烴(C1C8)比例迅速增加，在地層溫度和壓力超過(guò)相

37、態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界值時(shí)，這些輕質(zhì)烴就發(fā)生逆蒸發(fā)，反溶于氣態(tài)烴中，形成凝析氣。這些凝析氣到達(dá)地表后，濃縮為液體，因此稱(chēng)為冷凝物。濕氣帶為含有更多氣態(tài)烴的濕氣。最終出現(xiàn)干酪根的縮聚作用大于裂解作用，液態(tài)烴完全消失。由于不飽和烷烴每個(gè)碳原子具有2或更多氫原子，而芳香族化合物每個(gè)碳原子只有1個(gè)或更少的氫原子，因此，干酪根深成熱解作用使H/C 和 O/C比值持續(xù)下降。4、油氣運(yùn)移及圈閉石油和天然氣在形成后必須經(jīng)過(guò)運(yùn)移、聚集才能形成油氣藏。在初次(在油源巖向儲(chǔ)集巖的運(yùn)移)和二次運(yùn)移(在儲(chǔ)集巖中的運(yùn)移)中油氣繼續(xù)發(fā)生地球化學(xué)變化。大部分生油巖都是細(xì)粒沉積巖，由于受到埋藏壓力作用，巖石的空隙度非常低，因此，一旦生油巖飽和了油氣，液態(tài)和氣態(tài)烴就會(huì)排出，石油運(yùn)移最終到達(dá)不透水的阻隔層“圈閉”或地表。最理想的圈閉是富含粘土礦物的沉積巖覆蓋在多孔的砂巖“儲(chǔ)存”巖石上。 在石油運(yùn)移過(guò)程中可以發(fā)生幾種化學(xué)變化。石油發(fā)生初次運(yùn)移時(shí)，由于不同烴類(lèi)化合物的擴(kuò)散率和粘性不同，因此在石油運(yùn)移過(guò)程中會(huì)發(fā)生分餾作用。輕烴較重?zé)N具有較高的擴(kuò)散性和較低的粘性，因此，輕烴更易運(yùn)移，與生油巖相比，儲(chǔ)油巖更富集輕烴。石油中帶