Фитан
| |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК
2,6,10,14-Тетраметилгексадекан [ 1 ]
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| 1744639 | |
| КЭБ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.010.303 |
| Номер ЕС |
|
| МеШ | фитан |
ПабХим CID
|
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| С 20 Ч 42 | |
| Молярная масса | 282.556 g·mol −1 |
| Появление | Бесцветная жидкость |
| Запах | Без запаха |
| Плотность | 791 мг мл −1 (при 20 °С) |
| Точка кипения | 301,41 ° C (574,54 ° F; 574,56 К) и 100 мПа |
| Родственные соединения | |
Родственные алканы
|
|
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Фитан — изопреноидный алкан, образующийся, когда фитол , химический заместитель хлорофилла , теряет свою гидроксильную группу. [ 2 ] Когда фитол теряет один атом углерода, образуется пристан . [ 2 ] Помимо фитола были предложены и другие источники фитана и пристана. [ 3 ] [ 4 ]
Пристан и фитан являются обычными компонентами нефти и использовались в качестве индикаторов условий осадконакопления окислительно - восстановительных , а также для корреляции нефти и ее материнской породы (т.е. выяснения места образования нефти). В экологических исследованиях пристан и фитан являются целевыми соединениями для расследования разливов нефти .
Химия
[ редактировать ]Фитан — неполярное органическое соединение , представляющее собой прозрачную и бесцветную жидкость при комнатной температуре. Это «голова-хвост» , связанный регулярный изопреноид с химической формулой C 20 H 42 . [ 2 ]
Фитан имеет множество структурных изомеров . Среди них кроцетан представляет собой хвост к хвосту связанный изопреноид, , и часто элюируется вместе с фитаном во время газовой хроматографии (ГХ) из-за его структурного сходства.
Фитан также имеет множество стереоизомеров из-за трех стереоуглеродов : C-6, C-10 и C-14. В то время как пристан имеет два стереоуглерода: C-6 и C-10. О прямом измерении этих изомеров с помощью газовой хроматографии не сообщалось. [ 2 ]
Заместителем является фитана фитанил . Фитанильные группы часто обнаруживаются в липидах мембран метаногенных и галофильных архей. [ 4 ] (например, в археолах ). Фитен – это одноненасыщенная версия фитана. Фитен также встречается в качестве фитильной функциональной группы во многих органических молекулах биологического значения, таких как хлорофилл , токоферол (витамин Е) и филлохинон (витамин К1 ) . Соответствующим спиртом фитена является фитол. Геранилгеранен представляет собой полностью ненасыщенную форму фитана, а его соответствующий заместитель — геранилгеранил .
Источники
[ редактировать ]Считается, что основным источником фитана и пристана является хлорофилл . [ 5 ] Хлорофилл — один из важнейших фотосинтетических пигментов растений, водорослей и цианобактерий , а также наиболее распространенный тетрапиррол в биосфере. [ 6 ] Гидролиз хлорофилла a , b , d и f во время диагенеза в морских отложениях или при беспозвоночных . питании [ 7 ] высвобождает фитол , который затем преобразуется в фитан или пристан.
Другим возможным источником фитана и пристана являются эфирные липиды архей . Лабораторные исследования показывают, что термическое созревание метаногенных архей приводит к образованию пристана и фитана из дифитанилглицериловых эфиров (археолов). [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
Кроме того, пристан может быть получен из токоферолов. [ 11 ] и метилтриметилтридецилхроманы (MTTC). [ 12 ]
Сохранение
[ редактировать ]В подходящей среде биомолекулы, такие как хлорофилл, могут трансформироваться и сохраняться в узнаваемых формах в качестве биомаркеров . Преобразование во время диагенеза часто приводит к химической потере функциональных групп, таких как двойные связи и гидроксильные группы .
Исследования показали, что пристан и фитан образуются в результате диагенеза фитола в различных окислительно-восстановительных условиях . [ 13 ] Пристан может образовываться в кислородных (окислительных) условиях путем окисления фитола до фитеновой кислоты, которая затем может подвергаться декарбоксилированию до пристана, прежде чем окончательно восстановиться до пристана. Напротив, фитан, вероятно, образуется в результате восстановления и дегидратации фитола (через дигидрофитол или фитен) в относительно бескислородных условиях. [ 13 ] Однако различные биотические и абиотические процессы могут контролировать диагенез хлорофилла и фитола, а точные реакции более сложны и не коррелируют строго с окислительно-восстановительными условиями. [ 3 ] [ 4 ]
В термически незрелых отложениях пристан и фитан имеют конфигурацию, в которой преобладает стереохимия 6R,10S (эквивалентна 6S, 10R), которая унаследована от C-7 и C-11 в фитоле. Во время термического созревания изомеризация C-6 и C-10 приводит к образованию смеси 6R, 10S, 6S, 10S и 6R, 10R. [ 2 ]
Геохимические параметры
[ редактировать ]Соотношение пристан/фитан
[ редактировать ]Пристан/фитан (Pr/Ph) представляет собой соотношение содержания пристана и фитана. Это показатель окислительно-восстановительных условий в условиях отложений. Индекс Pr/Ph основан на предположении, что пристан образуется из фитола окислительным путем, тогда как фитан образуется различными восстановительными путями. [ 13 ] [ 14 ] В сырой нефти, не подвергшейся биоразложению , Pr/Ph менее 0,8 указывает на условия от соленой до гиперсоленой, связанные с отложением эвапоритов и карбонатов, тогда как органически-бедные терригенные , речные и дельтовые отложения в кислородно-субокислых условиях обычно образуют сырую нефть с Pr/Ph выше 3. [ 15 ] Pr/Ph обычно применяется, поскольку пристан и фитан легко измеряются с помощью газовой хроматографии.
Однако индекс следует использовать с осторожностью, поскольку пристан и фитан не могут быть результатом разложения одного и того же предшественника (см. * Источник *). Кроме того, пристан, но не фитан, может быть получен в восстановительных средах путем катализируемого глиной разложения фитола и последующего восстановления. [ 16 ] Кроме того, во время катагенеза Pr/Ph имеет тенденцию к увеличению. [ 17 ] Это изменение может быть связано с преимущественным высвобождением связанных с серой фитолов из нефтематеринских пород во время раннего созревания. [ 18 ]
пристан/nC 17 и фитан/nC 18 Соотношения
[ редактировать ]Пристан/н-гептадекан (Pr/nC 17 ) и фитан/н-октадекан (Ph/C 18 ) иногда используются для корреляции нефти и ее материнской породы (т.е. для выяснения места образования нефти). Нефти из пород, отложенных в условиях открытого океана, показали Pr/nC 17 < 0,5, тогда как нефти из внутренних торфяных болот имели отношения выше 1. [ 19 ]
Коэффициенты следует использовать с осторожностью по нескольким причинам. Как Pr/nC 17 , так и Ph/nC 18 уменьшаются по мере термической зрелости нефти, поскольку изопреноиды менее термически стабильны, чем линейные алканы . Напротив, биоразложение увеличивает эти соотношения, поскольку аэробные бактерии обычно атакуют линейные алканы раньше, чем изопреноиды. Таким образом, биоразлагаемая нефть аналогична неразложившейся нефти низкой зрелости в том смысле, что она демонстрирует низкое содержание н-алканов по сравнению с пристаном и фитаном. [ 15 ]
Шкала биоразложения
[ редактировать ]Пристан и фитан более устойчивы к биоразложению, чем н-алканы , но менее устойчивы, чем стераны и гопаны . Существенное истощение и полное устранение пристана и фитана соответствуют 3 и 4 баллам по биомаркерной шкале биодеградации соответственно. [ 20 ]
Анализ специфических изотопов соединений
[ редактировать ]Изотопы углерода
[ редактировать ]Изотопный состав углерода пристана и фитана в целом отражает кинетическое фракционирование изотопов, происходящее во время фотосинтеза . Например, δ 13 C (PDB) фитана в морских отложениях и нефти использовался для реконструкции древних уровней CO 2 в атмосфере , который влияет на изотопное фракционирование углерода, связанное с фотосинтезом, за последние 500 миллионов лет. [ 21 ] В этом исследовании [ 21 ] парциальное давление CO 2 достигало более 1000 ppm в максимумах по сравнению с 410 ppm сегодня.
Изотопный состав углерода пристана и фитана в сырой нефти также может помочь ограничить их источник. Пристан и фитан от общего предшественника должны иметь δ 13 Значения C отличаются не более чем на 0,3‰. [ 22 ]
Изотопы водорода
[ редактировать ]Изотопный состав водорода фитола в морском фитопланктоне и водорослях изначально сильно обеднен, с δD (VSMOW) в диапазоне от -360 до -280‰. [ 23 ] При термическом созревании преимущественно высвобождаются легкие изотопы, в результате чего пристан и фитан по мере созревания становятся все тяжелее.
Практический пример: ограничение Pr/Ph как индикатора окислительно-восстановительного потенциала
[ редактировать ]Выводы Pr/Ph о окислительно-восстановительном потенциале исходных отложений всегда должны подкрепляться другими геохимическими и геологическими данными, такими как содержание серы или индекс гомогопана C 35 (т.е. содержание гомогопана C 35 по сравнению с содержанием гомогопана C 31 -C 35). гомогопаны). Например, нефть Baghewala-1 из Индии имеет низкое значение Pr/Ph (0,9), высокое содержание серы (1,2 мас.%) и высокий гомогопановый индекс C35, что соответствует аноксии во время отложения нефтематеринской породы. [ 24 ]
Однако делать выводы о кислородном состоянии сред осадконакопления только на основании соотношения Pr/Ph может быть ошибочным, поскольку средах соленость часто контролирует соотношение Pr/Ph в гиперсоленых . В другом примере снижение Pr/Ph во время отложения пермской последовательности Купфершифера в Германии совпадает с увеличением количества триметилированных 2-метил-2-(4,8,12-триметилтридецил)хроманов, ароматического соединения, предположительно маркеры солености. [ 25 ] Следовательно, такое снижение Pr/Ph должно указывать на увеличение солености, а не на увеличение аноксии.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Фитан – Краткое описание соединений» . Пабхим соединение . США: Национальный центр биотехнологической информации. 27 марта 2005 г. Идентификация и соответствующие записи . Проверено 14 марта 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Молдаванин, Дж. М.; Уолтерс, CC; Питерс, К.Э. (декабрь 2004 г.). «Органическая химия». Руководство по биомаркерам . стр. 18–44. дои : 10.1017/CBO9780511524868.004 . ISBN 9780511524868 .
{{cite book}}:|website=игнорируется ( помогите ) - ^ Jump up to: а б Ронтани, Жан-Франсуа; Волкман, Джон К. (1 января 2003 г.). «Продукты разложения фитола как биогеохимические индикаторы в водной среде». Органическая геохимия . 34 (1): 1–35. дои : 10.1016/S0146-6380(02)00185-7 . ISSN 0146-6380 .
- ^ Jump up to: а б с Ронтани, Жан-Франсуа; Бонин, Патрисия (ноябрь 2011 г.). «Продукция пристана и фитана в морской среде: роль прокариотов» . Исследования в области микробиологии . 162 (9): 923–933. дои : 10.1016/j.resmic.2011.01.012 . ПМИД 21288485 .
- ^ Дин, РА; Уайтхед, Э.В. (1 января 1961 г.). «Присутствие фитана в нефти». Буквы тетраэдра . 2 (21): 768–770. дои : 10.1016/S0040-4039(01)99264-0 . ISSN 0040-4039 .
- ^ Бейкер, EW; Лауда, JW (1986). «Порфирины в геологической летописи». В Джонсе, РБ (ред.). Биологические маркеры в осадочной летописи . Эльзевир. стр. 125–224.
- ^ Блюмер, Макс; Авиган, Джоэл (1 мая 1968 г.). «О происхождении пристана в морских организмах» . Журнал исследований липидов . 9 (3): 350–352. дои : 10.1016/S0022-2275(20)43103-7 . ISSN 0022-2275 . ПМИД 5646185 .
- ^ Роуленд, SJ (1 января 1990 г.). «Производство ациклических изопреноидных углеводородов путем лабораторного созревания метаногенных бактерий». Органическая геохимия . 15 (1): 9–16. дои : 10.1016/0146-6380(90)90181-X . ISSN 0146-6380 .
- ^ Навале, Вивек (1 июня 1994 г.). «Сравнительное изучение продуктов низко- и высокотемпературного водного пиролиза моноглицериндиэфирного липида архебактерий». Журнал аналитического и прикладного пиролиза . 29 (1): 33–43. дои : 10.1016/0165-2370(93)00786-М . ISSN 0165-2370 .
- ^ Пиз, ТК; Ван Влит, ES; Барре, Дж.С.; Дикинс, HD (1 января 1998 г.). «Моделируемая деградация эфиров глицерина путем водного и мгновенного пиролиза». Органическая геохимия . 29 (4): 979–988. дои : 10.1016/S0146-6380(98)00047-3 . ISSN 0146-6380 .
- ^ Брассел, Южная Каролина; П. А. Шенк; де Леу, JW; Гуссенс, Х. (ноябрь 1984 г.). «Токоферолы как вероятные предшественники пристана в древних отложениях и сырой нефти». Природа . 312 (5993): 440–442. Бибкод : 1984Natur.312..440G . дои : 10.1038/312440a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4329068 .
- ^ Ли, Маовэн; Лартер, Стив Р.; Тейлор, Пол; Джонс, Д. Мартин; Боулер, Бернард; Бьёрой, Мальвин (1 февраля 1995 г.). «Биомаркеры или не биомаркеры? Новая гипотеза происхождения пристана, предполагающая его происхождение из метилтриметилтридецилхроманов (MTTC), образующихся в ходе диагенеза из хлорофилла и алкилфенолов». Органическая геохимия . 23 (2): 159–167. дои : 10.1016/0146-6380(94)00112-E . ISSN 0146-6380 .
- ^ Jump up to: а б с Эглинтон, Г.; СК Брассел; Симонеит, BRT; Дидык, Б.М. (март 1978 г.). «Органические геохимические индикаторы палеоэкологических условий седиментации». Природа . 272 (5650): 216–222. Бибкод : 1978Natur.272..216D . дои : 10.1038/272216a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 128737515 .
- ^ ДМ МакКИРДИ; Пауэлл, Т.Г. (май 1973 г.). «Связь между соотношением пристана и фитана, составом сырой нефти и геологической средой в Австралии». Природа Физика . 243 (124): 37–39. Бибкод : 1973НПфС..243...37П . дои : 10.1038/physci243037a0 . ISSN 2058-1106 .
- ^ Jump up to: а б Питерс, Кентукки; Уолтерс, CC; Молдован, Дж. М. (2004), «Параметры биомаркеров, связанные с источником и возрастом», The Biomarker Guide , Cambridge University Press, стр. 483–607, doi : 10.1017/cbo9781107326040.004 , ISBN 9781107326040
- ^ Шенк, Пенсильвания; Ланге, Ф. де; Бун, Джей-Джей; Рийпстра, К.; Ирен, В.; Леу, JW де (1977). «Взаимосвязь между липидами Fontinalis antipyretica, его детритом и нижележащим осадком: судьба восковых эфиров и стеролестеров» . Взаимодействие между отложениями и пресной водой; Материалы международного симпозиума .
- ^ ВОЛКМАН, Дж. К. (1986). «Ациклические изопреноиды как биологические маркеры» . Биологические маркеры в осадочной летописи. : 1817–1828.
- ^ Де Грааф, Вим; Дамсте, Яап С. Синнингхе; де Леу, Ян В. (1 декабря 1992 г.). «Лабораторное моделирование естественного сульфурирования: I. Образование мономерных и олигомерных изопреноидных полисульфидов путем низкотемпературных реакций неорганических полисульфидов с фитолом и фитадиенами». Geochimica et Cosmochimica Acta . 56 (12): 4321–4328. Бибкод : 1992GeCoA..56.4321D . дои : 10.1016/0016-7037(92)90275-Н . ISSN 0016-7037 .
- ^ Леймбах, ВМ (1 января 1975 г.). «СП (1) О происхождении нефти» . Всемирный нефтяной конгресс.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Питерс, Кентукки; Уолтерс, CC; Молдован, Дж. М. (2004), «Параметры биодеградации», The Biomarker Guide , Cambridge University Press, стр. 645–708, doi : 10.1017/cbo9781107326040.007 , ISBN 9781107326040
- ^ Jump up to: а б Дамсте, Яап С. Синнингхе; Схоутен, Стефан; Блейс, Брайан; Вейерс, Йохан WH; Витковски, Кейтлин Р. (01 ноября 2018 г.). «Молекулярные окаменелости фитопланктона показывают вековую тенденцию Pco2 на протяжении фанерозоя» . Достижения науки . 4 (11): eaat4556. Бибкод : 2018SciA....4.4556W . дои : 10.1126/sciadv.aat4556 . ISSN 2375-2548 . ПМК 6261654 . ПМИД 30498776 .
- ^ Хейс, Дж. М.; Фриман, Кэтрин Х.; Попп, Брайан Н.; Хоэм, Кристофер Х. (1 января 1990 г.). «Изотопный анализ конкретных соединений: новый инструмент для реконструкции древних биогеохимических процессов». Органическая геохимия . Материалы 14-го Международного совещания по органической геохимии. 16 (4): 1115–1128. дои : 10.1016/0146-6380(90)90147-Р . ISSN 0146-6380 . ПМИД 11540919 .
- ^ Сешнс, Алекс Л.; Бургойн, Томас В.; Шиммельманн, Арндт; Хейс, Джон М. (1 сентября 1999 г.). «Фракционирование изотопов водорода в биосинтезе липидов». Органическая геохимия . 30 (9): 1193–1200. дои : 10.1016/S0146-6380(99)00094-7 . ISSN 0146-6380 .
- ^ К.Е. Питерс (2), М.Е. Кларк (3) (1995). «Распознавание инфракембрийской нефтематеринской породы на основе биомаркеров в нефти Багевала-1, Индия». Бюллетень AAPG . 79 (10). дои : 10.1306/7834da12-1721-11d7-8645000102c1865d . ISSN 0149-1423 .
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Шварк, Л; Влиекс, М; Шеффер, П. (1 декабря 1998 г.). «Геохимическая характеристика слоистых карбонатов Мальм Зета из Франконского Альба, Юго-Западная Германия (II)». Органическая геохимия . 29 (8): 1921–1952. дои : 10.1016/S0146-6380(98)00192-2 . ISSN 0146-6380 .