中國科學院廣州地球化學研究所研究員廖澤文團隊成員、副研究員程斌在國家自然科學基金和多圈層作用油氣富集理論等項目的共同資助下，開展了系列的烴類芳構化及其氫同位素分餾機理的實驗研究，并揭示了地質體中烴類芳構化及其氫同位素分餾機理。相關成果近日發(fā)表于《有機地球化學》（Organic Geochemistry）。

芳烴化合物廣泛分布在烴源巖、石油、煤以及現(xiàn)代沉積物等沉積有機質中。由于該類化合物具有生物毒性而難以在活體生物內廣泛合成，沉積有機質中的芳烴化合物被認為主要來自于烴類芳構化過程。該過程涉及到烴類化合物的環(huán)化、芳構化脫氫等反應，導致反應產(chǎn)物的氫同位素發(fā)生分餾。目前，針對沉積有機質中烴類芳構化過程中的氫同位素分餾效應與分餾機理仍然不夠清楚。

針對這一問題，研究人員開展了系列的烴類芳構化及其氫同位素分餾機理的實驗研究。前期階段，研究團隊開展了單環(huán)芳烴芳構化熱模擬實驗，揭示了快速的芳構化過程可導致甲苯強烈富集²H。

記者獲悉，研究團隊利用正丁基十氫化萘開展了二環(huán)芳烴的芳構化過程及其氫同位素分餾的實驗研究，結果顯示，萘和1-甲基萘含量隨著芳構化程度的增大而增加，單質硫的加入促進了烴類芳構化過程與芳烴化合物的形成。實驗產(chǎn)物中的高環(huán)數(shù)芳烴相對于低環(huán)數(shù)芳烴更加富集²H，但當烴類芳構化程度超過一定范圍時，芳烴的²H富集程度逐漸降低，甚至出現(xiàn)高環(huán)數(shù)芳烴相對于低環(huán)數(shù)芳烴更加虧損²H的現(xiàn)象。

正丁基十氫化萘通過氫轉移產(chǎn)生自由基，這些自由基經(jīng)歷C-C鍵β-斷裂，形成萘烷和甲基萘烷的自由基；這兩種自由基通過系列的C-H鍵β-斷裂脫氫（-H）反應，最終形成萘和甲基萘。在這些芳構化脫氫反應的過程中，由于脂肪環(huán)上²H–C–¹H中的C-¹H鍵優(yōu)先斷裂，導致芳烴產(chǎn)物富集²H且高環(huán)芳烴比低環(huán)芳烴更加富集²H；隨著芳構化程度的加深，脂肪環(huán)上²H–C–¹H結構逐漸消耗，此時¹H–C–¹H中的C-¹H鍵開始大量裂解，形成虧損²H的芳烴化合物，導致芳烴產(chǎn)物富集²H的程度降低，甚至出現(xiàn)低環(huán)芳烴比高環(huán)芳烴更加富集²H的情況。

上述研究結果對于深入理解沉積有機質中烴類芳構化過程中的氫同位素分餾效應與分餾機理及深層油氣的演化具有重要的理論意義。

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