减渣化学结构研究中部分术语的物理意义

RICO反应:

Djerassi等于1953年提出的高选择性氧化反应,该方法将未取代的sp2碳氧化为CO2,被取代的sp2碳转化为羧基,不破坏饱和结构,当苯环上连有羧基等吸电子基时苯环也可以保留下来得到苯多酸。20世纪80年代中期,RICO开始应用于石油沥青和煤炭化学结构的破坏性研究,氧化产物经衍生化处理后用GC-MS进行分析其中所含的脂肪酸甲酯和苯多酸甲酯等小分子化合物,通过分析羧酸酯分布对降解前样品的化学结构进行剖析,可得到更详细的结构信息。

Dias苯型稠环芳烃分子式周期表:

Dias于1982年通过拓扑学和莫比乌斯理论推算出的苯型稠环芳烃分子式周期表,其中含有所有关注对象的分子式、反应活性、异构体数、周环碳数、内环碳数、缩合方式等信息,是目前重油、沥青质、石墨烯研究的重要参考工具。

缺氢数:

是有机化学中“不饱和度”的一个变种,与“双键当量数”、“环加双键数”意思相近,是根据分子式推测所有可能结构式的主要依据,但不同的人对此有不同的解释,有时与“不饱和度”相同,有时又不同。本工作中“缺氢数”采用我院105组的定义,即表示苯型稠环芳烃分子式中的氢原子数与该物质全部变成饱和环烷时分子式中氢原子数的差值,该值永远为负值。

缺氢数的加和性:

即当一个完整的有机分子中含有多个芳香簇,这些芳香簇之间通过单键(其实也是一种桥,RICO反应后以乙二酸的形式出现,GC/MS法无法分析,之前研究煤炭样品时用离子色谱法检测到了这种物质)或者是以脂肪链、苯环相互连接起来构成完整分子时,这个完整分子的缺氢数正好是各个芳香簇的缺氢数之和。这是我自己的一种想法目前其正确性还没有进行过验证。

脂肪桥和苯环桥:

即两个芳香簇之间的连接部分,其中苯环桥严格讲也有邻、间、对三种方式,但本工作中邻位桥连芳核与渺位缩合芳核的氧化产物中都含有邻苯二甲酸,易混淆,无法区分,所以只讲间位、对位桥。

闭合环:

是指具有类似于四氢萘结构的结构单元,其中的饱和部分称为闭合环,根据其稳定性只讲五元、六元环。

渺位缩合芳核:

是指芳核中相邻两个苯环共用两个碳原子的缩合情况,因苯环有六个面,这种缩合方式也称苯环之间的“面对面缩合”。所有的线型芳核都是渺位缩合的产物。如分子式为C18H12 的芳核就全是渺位缩合,此类化合物处于端位的苯环上若没有取代基,RICO反应后将得到邻苯二甲酸。

迫位缩合芳核:

是指芳核中相邻的三个苯环共用1个碳原子的缩合情况,此类物质中如果关注的苯环处于边缘且不带取代基,经RICO反应后将得到连苯三甲酸以上的苯多酸。

Clar规则:

是一种在简单的图形理论基础上判断稠环芳烃反应活性的方法,于1972年由Clar发现,该规则不同于1931年发现、目前已被大多数人所熟知的Hückel规则,主要用于解决多环芳烃的芳香性问题,目前在多环芳烃、石墨烯领域得到广泛应用。

该规则的核心是将苯环视为最稳定的结构单元,因共用电子已被其全部占用,与之相邻的苯环将在表观上失去芳香性而表现出双键性质,所以两个具有完整六电子结构的苯环不能成对出现(即不能成为邻居),依此规则写出的结构式即为Clar结构式。

掌握Clar规则的前提是要能正确写出稠环芳烃的所有共振结构式,并在此基础上利用Clar规则写出Clar结构式,在Clar结构式中完整六电子结构的苯环数越多,其稳定性越高,越不容易进行反应,反之反应活性越高,因此,稠环芳烃因结构排列不同将表现出完全不同的理化性质。

利用Clar规则预测的反应活性与量子化学计算结果和实验结果吻合度最高,所以近年受到了重新重视。

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