stringtranslate.com

Фитан

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 окислительно -восстановительных условий осадконакопления , 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

Фитан — неполярное органическое соединение , представляющее собой прозрачную и бесцветную жидкость при комнатной температуре. Это регулярный изопреноид , связанный «голова-хвост» с химической формулой C 20 H 42 . [2]

Фитан имеет множество структурных изомеров . Среди них кроцетан представляет собой изопреноид , связанный хвост к хвосту , 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]

Химическая структура археола с двумя фитанильными группами.
Химическая структура α-токоферола.
Химическая структура триметил-2-метил-2-(4,8,12-триметилтридецил)хромана, разновидности МТТК.

Заместителем фитана является фитанил . Фитанильные группы часто обнаруживаются в липидах мембран метаногенных и галофильных архей [4] (например, у археол ). 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

Считается, что основным источником фитана и пристана является хлорофилл . [5] Хлорофилл — один из наиболее важных фотосинтетических пигментов в растениях, водорослях и цианобактериях , а также наиболее распространенный тетрапиррол в биосфере. [6] Гидролиз хлорофилла a , b , d и f во время диагенеза в морских отложениях или во время питания беспозвоночных [7] выделяет фитол , который затем превращается в фитан или пристан.

Структура хлорофилла А, боковая цепь которого содержит фитильную группу.

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 метилтриметилтридецилхроманов (МТТС). [12]

Сохранение

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 .

Пристан и фитан образуются в результате диагенеза фитола в кислородных и бескислородных условиях соответственно.

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 (эквивалентная 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

Соотношение пристан/фитан

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. масло 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]

Соотношения пристан/nC 17 и фитан/nC 18

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

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

Изотопы углерода

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 общего предшественника должны иметь значения δ 13 C, отличающиеся не более чем на 0,3‰. [22]

Изотопы водорода

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

Выводы Pr/Ph о окислительно-восстановительном потенциале исходных отложений всегда должны подтверждаться 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 в гиперсоленых средах соленость часто контролирует соотношение Pr/Ph . 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] Таким образом, это снижение Pr/Ph должно указывать на увеличение солености, а не на увеличение аноксии.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Фитан - Краткое описание соединений» . Пабхим соединение . США: Национальный центр биотехнологической информации. 27 марта 2005 г. Идентификация и соответствующие записи . Проверено 14 марта 2012 г.
  2. ^ abcde Молдавский, JM; 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 ( помощь )
  3. ^ Аб 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.
  4. ^ abc Ронтани, Жан-Франсуа; Бонин, Патрисия (ноябрь 2011 г.). «Производство пристана и фитана в морской среде: роль прокариот». Исследования в области микробиологии . 162 (9): 923–933. doi :10.1016/j.resmic.2011.01.012. ПМИД  21288485.
  5. ^ 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.
  6. ^ Бейкер, EW; Лауда, JW (1986). «Порфирины в геологической летописи». В Джонсе, РБ (ред.). Биологические маркеры в осадочной летописи . Эльзевир. стр. 125–224.
  7. ^ 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.
  8. ^ 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.
  9. ^ 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.
  10. ^ 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.
  11. ^ 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.
  12. ^ 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.
  13. ^ abc 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.
  14. ^ Д. М. 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. doi : 10.1038/physci243037a0. ISSN  2058-1106.
  15. ^ аб Петерс, 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
  16. ^ Шенк, Пенсильвания; Ланге, Ф. де; Бун, Джей-Джей; Рийпстра, К.; Ирен, В.; Леу, JW де (1977). «Взаимосвязь между липидами Fontinalis antipyretica, его детритом и основным осадком: судьба восковых эфиров и стеролестеров». Взаимодействие между отложениями и пресной водой; Материалы международного симпозиума .
  17. ^ ФОЛЬКМАН, Дж. К. (1986). «Ациклические изопреноиды как биологические маркеры». Биологические маркеры в осадочной летописи. : 1817–1828.
  18. ^ Де Грааф, Вим; Дамсте, Яап С. Синнингхе; де Леу, Ян В. (1 декабря 1992 г.). «Лабораторное моделирование естественного сульфирования: 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.
  19. ^ Леймбах, WM (1 января 1975 г.). «СП (1) О происхождении нефти». Всемирный нефтяной конгресс. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  20. ^ 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
  21. ^ аб Дамсте, Яап С. Синнингхе; Схоутен, Стефан; Блейс, Брайан; Вейерс, Йохан WH; Витковски, Кейтлин Р. (01 ноября 2018 г.). «Молекулярные окаменелости фитопланктона демонстрируют вековую тенденцию Pco2 на протяжении фанерозоя». Достижения науки . 4 (11): eaat4556. Бибкод : 2018SciA....4.4556W. doi : 10.1126/sciadv.aat4556. ISSN  2375-2548. ПМК 6261654 . ПМИД  30498776. 
  22. ^ 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-R. ISSN  0146-6380. ПМИД  11540919.
  23. ^ 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.
  24. ^ 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 )
  25. ^ 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.