有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)和穩(wěn)定同位素(參考版)
2024-09-02 10:50本頁(yè)面
【正文】 穩(wěn)定同位素在兩種同位素比值不同的物質(zhì)之間的重新分配稱為同位素分餾， 自然界中存在同位素的動(dòng)力分餾效應(yīng)和交換分餾效應(yīng) ?同位素的交換分餾效應(yīng) 在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況下，不同物質(zhì)、同一物質(zhì)不同相態(tài)或單分子間發(fā)生同位素的重新分配而產(chǎn)生同位素變化的現(xiàn)象稱為同位素的交換分餾效應(yīng) 常見(jiàn)的碳同位素交換分餾作用有： 大氣中 CO2與水中溶解的 HCO CO32的同位素交換分餾作用 13CO2+H12CO3=12CO2+H13CO3 交換分餾的結(jié)果是使水中更加富含 13C重同位素；通常海水中 HCO CO32的 δ13C值與空氣中 CO2的 δ13C值相比約高 7‰ ~9 ‰ ，因而導(dǎo)致 非生物成因的碳酸鹽巖和無(wú)機(jī)成因的天然氣 δ13C值較高 ；陸生植物或露出水面的水生植物由于吸收空氣的 CO2，含有較多 12C，而水生的浮游植物或淹沒(méi)在水中的水生植物，由于利用的水中的重碳酸鹽或 CO2，因而具有較高的 δ13C值，所以一般情況下， 海洋浮游植物比陸地植物的 δ13C值大約高 10 ‰ 烴類氣體（如 CH4）與二氧化碳（ CO2）間的同位素交換分餾作用 在溫度較高的地區(qū)，如巖漿或火山活動(dòng)帶，烴類氣體與 CO2之間將發(fā)生頻繁的同位素交換作用 12CO2+13CH4=13CO2+12CH4 結(jié)果是使 CH4分子中重碳同位素減少 ?同位素的動(dòng)力分餾效應(yīng) 在化學(xué)反應(yīng)中，由于同一元素兩種同位素的化學(xué)反應(yīng)速度不同而產(chǎn)生的同位素分餾效應(yīng)稱為同位素的動(dòng)力分餾效應(yīng) 在油氣地球化學(xué)研究中，同位素的動(dòng)力分餾效應(yīng)更為重要，因?yàn)橛苫瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)所控制的任何地球化學(xué)過(guò)程如烴類的生成作用都將表現(xiàn)出同位素的動(dòng)力分餾效應(yīng)；通常情況下輕同位素所形成的化學(xué)鍵能較低，其反應(yīng)速度較快，因此與原始反應(yīng)物相比，反應(yīng)生成物中富集輕同位素，而反應(yīng)殘余物中富集重同位素 常見(jiàn)的同位素動(dòng)力分餾效應(yīng)有： 光合作用所產(chǎn)生的同位素動(dòng)力分餾效應(yīng) 由于 12C— 12C 較 13C— 12C的能態(tài)低，因此在植物進(jìn)行光合作用過(guò)程中，導(dǎo)致 CO2中的 12C減少，而合成的有機(jī)質(zhì)中 12C增加，所以植物體中 δ13C值與無(wú)機(jī)碳化物的 δ13C有明顯差異，該差異成為石油有機(jī)成因說(shuō)的重要證據(jù)之一 油氣生成過(guò)程中的同位素動(dòng)力分餾效應(yīng) 在有機(jī)質(zhì)埋藏過(guò)程中，受溫度的影響，有機(jī)質(zhì)將隨著熱演化過(guò)程生成烴類物質(zhì)，在這一化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，由于 12C取代分子的化學(xué)活性較 13C高，且不同同位素的化學(xué)鍵能也有差異，其穩(wěn)定性順序?yàn)椋?13C— 13C13C — 12C 12C— 12C，因此在相同溫度條件下， 12C— 12C鍵斷裂速度較大，致使在較低溫度下形成的烴類產(chǎn)物中富集 12C，而在較高溫度條件下形成的烴類產(chǎn)物中13C含量較高。 CH3 CH3 CH3 H3C 1,２－二甲基環(huán)己烷 同側(cè)，順式結(jié)構(gòu) 兩側(cè)，反式結(jié)構(gòu) 分子式相同，但空間上原子排列方式不同的兩個(gè)或以上的分子稱為同分異構(gòu)體 ? 手征型碳原子：一個(gè)飽和的碳原子處于四面體中心時(shí)，可以有兩種互為鏡像的構(gòu)型，該碳原子稱為手征中心 ? 在環(huán)狀體系中，以 α 、 β 表示基團(tuán)位置，當(dāng)鍵指向紙內(nèi)為α 構(gòu)型，用虛線或空心圓表示，當(dāng)鍵指向紙外為 β 構(gòu)型，用實(shí)線或?qū)嵭膱A表示。 CO HH O O C C H 3H CC O O HC H 3 O HH CC O O HH O C H 3HCC O O HC H 3H OH( S ) ( S ) ( R ) ( R ) 基 團(tuán) 大 小 順
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