在當(dāng)前電動汽車等新能源汽車還不能大面積替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的情況下，許多人又把目光轉(zhuǎn)向了以傳統(tǒng)內(nèi)燃機形式為主的代用燃料汽車。在由中國內(nèi)燃機工業(yè)協(xié)會主辦的“傳統(tǒng)能源動力裝置（內(nèi)燃機）高效利用替代燃料技術(shù)交流研討會”上，與會的多位專家提出——“節(jié)約優(yōu)先，立足國內(nèi)，煤為基礎(chǔ)，多元發(fā)展”仍然是現(xiàn)階段和未來我國發(fā)展代用燃料的方針和總體方向。

合理利用二氧化碳烴類與醇類燃料并存　權(quán)威專家們預(yù)測，在今后50年間化石燃料仍將是世界的主要能源。其實，在國內(nèi)化工界早就有人提出并實踐了以煤基“多聯(lián)產(chǎn)”系統(tǒng)為基礎(chǔ)的“甲醇體系低碳能源化工技術(shù)路線”，并認(rèn)為這是中國發(fā)展替代能源的最佳選擇。在當(dāng)下全球都推崇低碳能源、低碳生活的背景下，我國著名化工專家、國家化工行業(yè)生產(chǎn)力促進(jìn)中心方德巍教授指出，碳是一切物質(zhì)的基礎(chǔ)，但是碳完全燃燒后必然產(chǎn)生二氧化碳，過多排放將產(chǎn)生溫室效應(yīng)；如果從“循環(huán)經(jīng)濟”理念出發(fā)，二氧化碳又是資源，特別是未來世界的寶貴資源。

“離開了二氧化碳，地球必成為‘死球’，即成為無生命和無有機物存在的環(huán)境，二氧化碳應(yīng)是生命及物質(zhì)之本。”方德巍教授由此提出，“要有控制、平衡地排放二氧化碳，保護(hù)地球的生態(tài)環(huán)境，在后石油時代必須找到替代石油的燃料，而且只能本著物質(zhì)及能量守恒的兩大基本原理來分析正確與不正確的技術(shù)路線?！?

方德巍教授表示：“符合客觀發(fā)展規(guī)律的‘烴類燃料和醇類燃料’并存的時代已將到來，是最符合石油時代特色的替代燃料。”

組合燃燒是替代的又一好方式

實際上在包括對天然氣、甲醇、乙醇、二甲醚、生物柴油等在內(nèi)的代用燃料的研究中，不光是每種燃料的單獨應(yīng)用，兩種燃料的組合燃燒研究也成為當(dāng)前關(guān)注的課題。

來自內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室的天津大學(xué)教授姚春德介紹，他們研究的壓燃式內(nèi)燃機甲醇/柴油組合燃燒技術(shù)，在平均替代柴油達(dá)20%的情況下，功率增加了2.0%，最大扭矩增大了5.6%，加速響應(yīng)速度也超過原機。同時，甲醇/柴油組合燃燒減少了有害物的排放，煙度排放僅為國三標(biāo)準(zhǔn)限定值的30%；在燃油經(jīng)濟性方面，平均不到1.5升甲醇可替換1.0升柴油，大幅度提高了燃料效率；在燃料寬泛性方面，可以在甲醇/柴油雙燃料或純柴油模式間自動切換，使用范圍無限制；在系統(tǒng)適應(yīng)性方面，不需改動現(xiàn)有柴油機的主體結(jié)構(gòu)，既適用于新車安裝，也適用于在用車的改裝。

從裝載該甲醇/柴油發(fā)動機的卡車在上海的試驗結(jié)果看，每輛車的燃料運行費用平均可以節(jié)省15%。如果按每輛車年行駛20萬公里，平均耗油量40升/100公里，油價按6.00元/升計，每年可以節(jié)省7.2萬元的運輸成本。

烴類燃料造價信息

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中國烴類燃料綠色生產(chǎn)研究方面取得進(jìn)展

費托合成是將煤和天然氣轉(zhuǎn)化為液體燃料的核心技術(shù)，是以合成氣(一氧化碳和氫氣)為原料在催化劑和適當(dāng)反應(yīng)條件下合成以石蠟烴為主的液體燃料的工藝過程。

1923年，德國化學(xué)家F.費歇爾和H.托羅普施開發(fā)出費托合成技術(shù)，第二次世界大戰(zhàn)期間這一技術(shù)投入規(guī)模生產(chǎn)，迄今已有80年的歷史。費托合成通常采用金屬催化劑，如鐵或鈷。催化劑往往被擔(dān)載在碳或二氧化硅上以優(yōu)化其活性。所得產(chǎn)物主要成分是直鏈烷烴、烯烴，副產(chǎn)品有少量芳烴、水和二氧化碳。

2007年12月，中國化學(xué)家首次實現(xiàn)了在水介質(zhì)中進(jìn)行費托合成，比現(xiàn)有的費托合成過程更清潔、更高效。在全世界都面臨石油短缺的現(xiàn)狀下，費托合成成為各國政府能源戰(zhàn)略決策中的重要研發(fā)目標(biāo)。

自2005年起，在國家自然科學(xué)基金的資助下，北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授寇元的課題組進(jìn)行離子液體和水相費托合成研究，實現(xiàn)了在水中用水溶性的高聚物保護(hù)2鈉米尺度的釕金屬簇催化該反應(yīng)。該成果近日在《德國應(yīng)用化學(xué)》上在線發(fā)表，立即引起關(guān)注，英國皇家化學(xué)會的會刊《化學(xué)世界》于2007年12月以《水相費托清潔綠色》為題作了評述，指出“中國科學(xué)家首次在水介質(zhì)中實現(xiàn)了費托合成，這是邁向烴類燃料綠色生產(chǎn)的一大步”。

寇元在接受《科學(xué)時報》記者采訪時介紹，目前工業(yè)上費托合成主要采用負(fù)載金屬催化劑在漿態(tài)床等反應(yīng)器中進(jìn)行，這種方式有非常明顯的缺陷：能耗高、效率低、操作復(fù)雜。反應(yīng)的溫度通常要達(dá)到240℃，反應(yīng)后生成的油體常常與催化劑混合在一起，反應(yīng)器越大，漿態(tài)反應(yīng)操作越復(fù)雜。

該課題組提出的全新方法是讓反應(yīng)在水體中進(jìn)行，采用釕原子簇作為催化劑。這種非擔(dān)載的催化劑比通常的催化劑活性更高，因此可以在更低的溫度下使反應(yīng)運行，在150℃下催化活性高出傳統(tǒng)的負(fù)載催化劑35倍，100℃時的活性與負(fù)載催化劑200℃時的結(jié)果相當(dāng)。由于減少了反應(yīng)過程中高溫導(dǎo)致的能耗，經(jīng)濟性明顯改善。此外，由于碳?xì)洚a(chǎn)物不溶于水，反應(yīng)后生成的油體會與水體分相，所以得到的燃料油不會被催化劑所污染。

費托合成的總的工藝流程主要包括煤氣化、氣體凈化、費托合成和產(chǎn)品精制改質(zhì)等。合成氣中的氫氣與一氧化碳的摩爾比要求在2～2.5。反應(yīng)器采用固定床或流化床兩種形式。如以生產(chǎn)柴油為主，宜采用固定床反應(yīng)器；如以生產(chǎn)汽油為主，則用流化床反應(yīng)器較好。近年來正在開發(fā)的漿態(tài)反應(yīng)器，則適宜于直接利用德士古煤氣化爐或魯奇熔渣氣化爐生產(chǎn)的合成氣。鐵系化合物是費托合成催化劑較好的活性組分?？茉f，能源的利用是科學(xué)和技術(shù)問題，然而，能源的合理、有效利用則是政府的對策問題。美國在能源的每個領(lǐng)域占據(jù)絕對優(yōu)勢，就是由于政府決策在其中起作用。

作為北京大學(xué)教授和國家自然科學(xué)基金委員會的評審專家，寇元希望在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域能放眼于國家的長遠(yuǎn)需求，給政府合理、有效地使用能源提供政策依據(jù)。

“我們國家面臨兩個時間限：一是沒有石油的時候，二是沒有煤的時候?！笨茉f。我國石油資源并不豐富，需要大量進(jìn)口，因此對煤的利用倍加重視。但是，當(dāng)煤的利用造成太嚴(yán)重后果時，或是煤也耗盡時，則必然地進(jìn)入后石油時代和后化石能源時代。

兩個時代有不同的任務(wù)：后石油時代的任務(wù)是合理、潔凈地利用煤，用煤來替代石油；后化石資源時代，就是怎么利用生物質(zhì)。

雖然這些可能是五十年上百年之后的悲觀圖景，但基礎(chǔ)研究本就該著眼于50年后的未來，需要有科學(xué)家長期地持續(xù)努力。冠元認(rèn)為：“科學(xué)家在能源領(lǐng)域的職責(zé)，就是要找到更高效更綠色的用煤替代石油的方法、更簡潔更便利地利用生物質(zhì)的方法?！?

重油是一種重要的非常規(guī)烴類燃料

重油是一種重要的非常規(guī)燃料，可用于填補未來10～20年的能源供需缺口。目前對美國、加拿大、委內(nèi)瑞拉和俄羅斯來說，重油生產(chǎn)很重要。加拿大和委內(nèi)瑞拉擁有豐富的重油資源。加拿大擁有1.7萬億bbl重油地質(zhì)儲量，其中3000億bbl為技術(shù)可采儲量；委內(nèi)瑞拉有1.2萬億bbl重油地質(zhì)儲量，其中2720億bbl為技術(shù)可采儲量。目前，委內(nèi)瑞拉東部有4個大型開發(fā)項目在生產(chǎn)重油。

加拿大和委內(nèi)瑞拉擁有的重油儲量分別與沙特阿拉伯的常規(guī)石油儲量相當(dāng)，而沙特阿拉伯的常規(guī)石油儲量，約占目前世界常規(guī)石油儲量的25%。表2比較了加拿大、美國、委內(nèi)瑞拉和沙特阿拉伯擁有的石油儲量。加拿大只有50億bbl常規(guī)石油儲量，但卻擁有3000億bbl技術(shù)可采重油儲量；委內(nèi)瑞拉擁有350億bbl常規(guī)石油儲量和2720億bbl技術(shù)可采重油儲量；美國目前擁有230億bbl石油儲量；而沙特阿拉伯的常規(guī)石油儲量約為2500億bbl。2100433B

烴類燃料發(fā)展概況常見問題

  • 紹浙江經(jīng)濟發(fā)展概況

    2008年改革大事記 來源：綜合體改處 發(fā)布日期：2008年12月8日 1月13日至14日 全省農(nóng)村工作會議在杭召開。會議強調(diào)，以推進(jìn)城鄉(xiāng)經(jīng)濟社會發(fā)展一體化為主線，進(jìn)一步加大統(tǒng)籌城鄉(xiāng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、統(tǒng)籌城鄉(xiāng)...

  • 智能儀器的發(fā)展概況

    80年代，微處理器被用到儀器中，儀器前面板開始朝鍵盤化方向發(fā)展，測量系統(tǒng)常通過IEEE—488總線連接。不同于傳統(tǒng)獨立儀器模式的個人儀器得到了發(fā)展等。90年代，儀器儀表的智能化突出表現(xiàn)在以下幾個方面：...

  • 國外安防行業(yè)發(fā)展概況是怎樣的

    你好，　根據(jù)Freedonia公司預(yù)測，2011~2016年期間，人們對安全產(chǎn)品和系統(tǒng)市場的需求每年增長63%。而2012~2013年，安防需求增長將會更加急劇，人們對安全的需要急劇上升以及美國用于...

烴類燃料發(fā)展概況文獻(xiàn)

國內(nèi)燃?xì)庥酂徨仩t發(fā)展概況 國內(nèi)燃?xì)庥酂徨仩t發(fā)展概況

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國內(nèi)燃?xì)庥酂徨仩t發(fā)展概況——奠基——70年代，自行開發(fā)制造出螺旋鰭片管 　　技術(shù)引進(jìn)——80年代， 　　自行設(shè)計制造——90年代，杭州鍋爐廠 　　大容量鍋爐——2001年8月，9E級燃機配套（123MW）。

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曹妃甸工業(yè)區(qū)發(fā)展概況 曹妃甸工業(yè)區(qū)發(fā)展概況

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第 1頁 共 3頁 河北經(jīng)濟日報 /2009 年 /5月 /18 日 /第 T02 版 中國?廊坊國際經(jīng)濟貿(mào)易洽談會特刊 曹妃甸工業(yè)區(qū)發(fā)展概況 一、開發(fā)優(yōu)勢 曹妃甸位于東經(jīng) 118°38”，北緯 38°55”，地處河北省唐山市南部沿海，原是渤海灣中心地 帶的一個帶狀沙島，因島上原有曹妃廟而得名，具有得天獨厚的開發(fā)優(yōu)勢。 ●建港條件優(yōu)良。 “面向大海有深槽，背靠陸地有淺灘”是曹妃甸最明顯的特征，水深岸陡， 不淤不凍。島前 500米水深即達(dá) 25 米，深槽達(dá) 36米，是渤海最深點，是渤海沿岸唯一不需開挖 航道和港池即可建設(shè) 30 萬噸級大型泊位的天然港址。由曹妃甸向渤海海峽延伸，有一條水深 27 米的天然水道直通黃海。曹妃甸島后方灘涂廣闊且與陸域相連，淺灘、荒地面積達(dá) 1100 平方公 里，可為臨港工業(yè)發(fā)展提供充足的建設(shè)用地。 ●交通區(qū)位優(yōu)越。曹妃甸毗鄰京津冀城市群，距唐山市中心區(qū) 80 公里

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中國經(jīng)濟高速發(fā)展，環(huán)境卻遭受嚴(yán)重破壞，慘痛的現(xiàn)實教訓(xùn)觸動著國人的神經(jīng)，也觸動著國家政策的不斷改變。資料統(tǒng)計，目前每年有800多萬噸石油進(jìn)入世界環(huán)境。原油污染土壤，損害植物根部，阻礙根的呼吸與吸收，導(dǎo)致植物死亡。芳香烴類物質(zhì)對人及動物的毒性較大，如果經(jīng)較長時間較大濃度接觸，會引起惡心、頭疼、眩暈等癥狀。此外，石油中的多環(huán)芳烴類物質(zhì)具有強烈的三致作用。泄漏的原油等烴類物質(zhì)如遇明火，會造成火災(zāi)事故;如果泄漏的烴類進(jìn)入受限空間內(nèi)，VOC達(dá)到爆炸下限，極易發(fā)生爆炸，甚至造成群死群傷的災(zāi)難性事故發(fā)生。

解決技術(shù):烴類污染防治產(chǎn)品是一種能降低液體表面張力的化合物，使液體更加容易擴散或"濕潤"，降低兩種液體間(像油和水)或一種液體和一種固體間的界面張力。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)由親水性"頭"和親油性"尾"組成。親水性"頭"遷移到水表面;親油性的"尾"可以延伸到空氣，或是如果水混合了油，成油相。表面活性劑分子在表面的隊列和集合改變了水在水/空氣、水/油或者水/固體界面的表面性質(zhì)。在適當(dāng)條件下，表面活性劑分子形成膠團(tuán)-球形結(jié)構(gòu)，完全密封油滴使其在水溶液中被乳化。

降低揮發(fā)性:使溢出燃油不燃燒、減少油罐清洗的爆炸下限、抑制修整現(xiàn)場的VOCs

增加可溶性:使碳?xì)浠衔飶耐寥乐刑崛〕?、去除堅硬表面的除油污和油脂、控制油?amp;天然氣井的石蠟積聚

加速生物降解:使碳?xì)浠衔锔菀走M(jìn)行自然生物降解

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從化合物組成來看，石油中主要含有烴類和非烴類這兩大類物質(zhì)。烴類和非烴類存在于石油的各個餾分中，但因石油的產(chǎn)地及種類不同，烴類和非烴類的相對含量差別很大。有的石油（輕質(zhì)石油）烴類含量可高達(dá)90%以上，但有的石油（重質(zhì)石油）烴類含量甚至低于50%。在同一原油中，隨著餾分沸程增高，烴類含量降低而非烴類含量逐漸增加。在最輕的輕油餾分中，非烴類的含量很少，烴類占絕大部分，即使從含硫原油中得到的汽油餾分，烴類的含量也可達(dá)98%~99%。反之，在高沸點的石油餾分，尤其是在減壓渣油中，烴類的含量明顯降低。

為了了解石油的烴類組成，必須首先了解烴類組成的表示方法。石油的元素組成，這種烴類組成的表示方法最為簡單，而且氫碳原子比也是表征石油的平均化學(xué)結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。但僅從元素組成來認(rèn)識石油是不夠的，往往不能滿足生產(chǎn)和科研上的要求。為了進(jìn)一步認(rèn)識石油中的烴類組成，另有三種表示方法。

1.單體烴組成

單體烴組成表明石油及其餾分中每一單體化合物的含量。石油及其餾分中的單體化合物數(shù)目繁多，而且隨著石油餾分沸程的增高（或相對分子質(zhì)量增大），其單體化合物數(shù)目急劇增加。由于分析和分離手段有限，目前單體烴組成表示法還只限于闡述石油氣及石油低沸點餾分的組成時采用。例如，利用氣相色譜技術(shù)已可分析鑒定出汽油餾分中的幾百種單體化合物。

2.族組成

單體烴組成表示法過于細(xì)繁，在實際應(yīng)用中不需要或不可能進(jìn)行單體化合物分析時，常采用族組成表示法。所謂“族”，就是化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的一類化合物。至于要分成哪些族則取決于分析方法以及實際應(yīng)用的需要。一般對于汽油餾分的分析，以烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴的含量來表示。如果要分析裂化汽油，因其含有不飽和烴，所以需增加不飽和烴的分析。如果對汽油餾分要求分析更細(xì)致些，則可將烷烴再分成正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴，將環(huán)烷烴分成環(huán)己烷系和環(huán)戊烷系，將芳香烴分為苯和其他芳香烴等。

煤油、柴油及減壓餾分，由于所用分析方法不同，所以其分析項目也不同。例如，若采用液固色譜法，則族組成通常以飽和烴（烷烴和環(huán)烷烴）、輕芳香烴（單環(huán)芳香烴）、中芳香烴（雙環(huán)芳香烴）、重芳香烴（多環(huán)芳香烴）及非烴組分等的含量表示。若采用質(zhì)譜分析法，則族組成可以烷烴（正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴）、環(huán)烷烴（單環(huán)、二環(huán)及多環(huán)環(huán)烷烴）、芳香烴（單環(huán)、二環(huán)及多環(huán)芳香烴）和非烴化合物的含量表示。

對于減壓渣油，目前一般還是用溶劑處理法及液相色潛法將減壓渣油分成飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)四個組分，如有需要還可將芳香分及膠質(zhì)分別再進(jìn)一步分離為輕、中、重芳香分及輕、中、重膠質(zhì)等亞組分。

3.結(jié)構(gòu)族組成表示方法

由于高沸點餾分以及渣油中各種類型分子的數(shù)目繁多，而且由于相對分子質(zhì)量增大，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往在一個分子中同時含有芳香環(huán)、環(huán)烷環(huán)以及相當(dāng)長度和數(shù)目的烷基側(cè)鏈。

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烴是碳?xì)浠衔锏慕y(tǒng)稱,中文譯名往往以元素組合并簡化來表示.烴取碳中之火,氫去頭以成字.烴的三大副族以分子的飽和程度來區(qū)分.烷(alkanes)是飽和烴類,它們無法再接納氫了.烯(alkenes)是少了一分子氫的烴,故加氫便產(chǎn)生烷;一個烯分子也可以有多于一處的不飽和雙鍵,故這類型化合物包括二烯、三烯,……等等。比烯更缺氫的烴稱為炔(alkynes)，它們含有三鍵。

常見的烴有甲烷(沼氣),丙烷和丁烷(打火機油),異辛烷,石蠟.高級汽油常夸耀異辛烷值,此值與汽油在內(nèi)燃機內(nèi)燃燒時引起的震蕩成反比.聚乙烯的名字要注意,乙烯聚合后生成的是高分子烷(末端可能有其他基團(tuán)).很多植物精油是烯類化合物所組成,如苧(limonene, 圖二)是橙,柚等果皮擠出的油之主要成分,由松樹壓出的油含有兩種異構(gòu)蒎烯(pinene)與少量的他種單化合物,動物肝臟有制造鯊烯(squalene)的功能,它是膽固醇及一些性激素的中間體.天然橡膠是含有多個雙鍵(作規(guī)律性分布)的烯類化合物.β胡蘿卜素(β-carotene)內(nèi)有一個很長的共軛多烯系統(tǒng),在碳鏈上單鍵與雙鍵互替,故能吸收部分的可見光波而顯色.乙炔(圖三)是我們最熟悉又是最簡單的含三鍵碳?xì)浠衔?它可由碳化鈣的水解而制得.在電燈未普及之前,路旁小攤在夜間照明多用即生即燃的乙炔.現(xiàn)在它的最大用途是焊接.

碳與氫各為四價及一價原子,烷類的分子式是CnH2n+2,烯類為CnH2n,炔類為CnH2n-2(n是自然數(shù)).二烯與單炔的分子式相同,余可類推.有機化合物中除了鏈狀結(jié)構(gòu),還有環(huán)型的.含一個環(huán)的烷(三個碳原子以上才可成環(huán)),也具有與單烯相同的分子式,故每一環(huán)代表一不飽和度〔注一〕.然而環(huán)烷不會立即脫去溴或高錳酸鉀的顏色,在定性檢測飽和或不飽和有機化合物時,往往用此方法.環(huán)烯與環(huán)炔當(dāng)然是不飽和的烴.我們從前提過的烯二炔抗癌化合物的碳環(huán)系統(tǒng)中,就有一個雙鍵及兩個三鍵,這個特殊的結(jié)構(gòu)單元正是破壞癌細(xì)胞的中樞.

芳香烴是帶有多個雙鍵的環(huán)狀化合物〔注二〕.最著名的當(dāng)然是苯了.放在衣櫥以防蟲的樟腦丸,也是常見的芳香烴〔注三〕.

烴類均不溶于水。

醇

有機化合物中有羥基(OH)〔注四〕接聯(lián)碳原子的,都屬醇類(alcohols)〔注五〕.甲醇,乙醇最常見.甘油是丙三醇,和醣類(如圖四)一樣是多元醇.一般醣類的分子式是Cn(H2O)n,故俗稱碳水化合物.

碳環(huán)上的醇也很多,如薄荷醇(menthol)是環(huán)己烷的衍生物.它的骨架與苧一樣,但因沒有雙鍵,卻有一個羥基(OH),兩物質(zhì)性質(zhì)(如香氣)大異.

膽固醇是具有四個環(huán)的不飽和醇.雖然它含有一個雙鍵,我們通常不把它叫烯醇.一般慣例下,烯醇是指有羥基直接連到雙鍵的碳原子上的化合物.雖然要有特別的結(jié)構(gòu)才能把烯醇穩(wěn)定下來(如酚phenol),但這單元是羰基化合物(參看下一節(jié))反應(yīng)中常要經(jīng)過的形式.

紫杉醇(taxol)是近來常在報章上看到的,其中的醇基只是眾多復(fù)雜官能基之一種.

醛,酮

顧形思義,羰基化合物有氧與碳原子.組成官能基的碳與氧以雙鍵組合,即呈C = O形式.四價的碳還要和其他原子結(jié)合〔注六〕,如其中一個原子是氫,另一原子是碳時,該羰基化合物屬醛類(aldehydes);所接的兩原子皆為碳時則是酮(ketones).甲醛只有一個碳,碳接上氧外,其他兩原子是氫.甲醛是一種無色氣體,它的水溶液是防腐用(如動物標(biāo)本)的福爾馬林(formalin).最小的酮必需有三個碳原子,它便是廣用的溶劑丙酮(圖五)〔注七〕.

小分子的醛,酮,都有強烈氣味.有些是芳香的,有的卻是刺激性,討人厭的.檸檬醛(citral)有檸檬香味,它又可被改變?yōu)楸『纱?只經(jīng)三個化學(xué)反應(yīng)).苯甲醛則是杏仁中某種成分的水解物.香草醛(vanillin, 圖六),肉桂醛(cinnamaldehyde)在食品工業(yè)有很重要的地位.在酮類中,除丙酮外,也許以環(huán)己酮最為重要;我們可以用它制造尼龍6.

一般醣類也有醛基或酮基,不過多以隱藏形式存在.分子內(nèi)的一個羥基與羰基結(jié)合,生成半縮醛或半縮酮.這些新種類化合物在溶液中是與羰基化合物呈平衡的,所以它們可顯示羰基的化學(xué)活性.

在芳香環(huán)上引進(jìn)羰基,生成類(quinones)化合物.在傳統(tǒng)攝影的定像過程,曝光的溴化銀藉對苯二酚還原成銀(底片黑色的部分),對苯二酚被氧化為苯.

如果羰基化合物與兩個羥基作脫水縮合反應(yīng),得到的縮醛或縮酮便不再具有羰基的性質(zhì).但它們一般在酸性水溶液中不穩(wěn)定,會分解成原來的羰基化合物與醇.

醚

醚(ethers)類化合物的中文名稱來自乙醚的生理活性:乙醚能令動物昏迷.這是醫(yī)學(xué)上一項重大的發(fā)現(xiàn),外科手術(shù)因之躍進(jìn)一大步.手術(shù)中的病人因中樞神經(jīng)系統(tǒng)被麻醉,失去知覺而無痛楚,手術(shù)進(jìn)行也因病人不會亂動而更趨容易.雖然乙醚在這方面的用途已完全被別的麻醉劑所取代,但它在歷史上的意義是不應(yīng)被忘卻的.

醚的結(jié)構(gòu)通式是R-O-R'(R, R'是可同或異的碳原基).它們與醇有異構(gòu)關(guān)系,如乙醚與乙醇均為C2H6O.然而乙醚的結(jié)構(gòu)是CH3-O-CH3,而乙醇是CH3CH2OH.醚的脂溶性高,水溶性小,醇的性質(zhì)相反.醚也是常用的有機溶劑,如乙醚,四氫喃(一種環(huán)狀醚)是制備格林納試劑(Grignard reagents)采用最廣的.

冠醚(crown ethers, 如圖七)是多元環(huán)狀醚.因為這些分子有多個氧原子,可以構(gòu)成一些金屬離子的配位基(ligands),兩者有良好的空間配合時,生成穩(wěn)定的錯合物.現(xiàn)在我們可以藉冠醚把無機鹽(如高錳酸鉀)帶進(jìn)非極性有機溶劑中.其實冠醚的發(fā)現(xiàn)是非常偶然的:在美國杜邦化學(xué)公司研究部工作的佩德生(C. Pedersen)初次在無意中合成冠醚時,起自觀察到些微的白色晶狀副產(chǎn)物,而這些晶體可以溶解氫氧化鈉,但是并無羥基(尤其是酚或羧酸).這新奇的現(xiàn)象引起他的極度興趣,持續(xù)的研究終于才使真相大白.

有些天然抗生素具有多元醚結(jié)構(gòu),雖然不全都是環(huán)醚,但可以同樣螯合金屬離子.藥效的發(fā)揮與這特性有關(guān).

硫醇,硫醚

硫與氧是同族元素,它們的最外層電子組態(tài)一樣,故兩者的化合物有很多相似性質(zhì),最顯著的區(qū)別是氣味.蒸氣壓高的二價硫化合物具惡臭,如臭鼬制造的防敵噴灑液主要成分是丁硫醇.硫醇是醇內(nèi)氧原子換作硫原子的化合物.口臭的人是因口腔內(nèi)產(chǎn)生了甲硫醇的緣故.洋蔥及蒜所含的刺激性揮發(fā)油中,便有多種有機硫化物,二丙烯基硫醚是其中的一種特殊成分.

值得一提的硫化物是高半胱胺酸(homocysteine, HSCH2CH2CH(NH2)COOH)〔注八〕.最近有些人認(rèn)為它才是引起動脈粥狀硬化的元兇.硫醚的氧化物有亞(sulfoxides)及(sulfones).

羧酸

我們一般所指的有機酸是羧酸(carboxylic acids)RCOOH.它們是一級醇(RCH2OH)或醛的氧化產(chǎn)物.乙酸最為人類熟悉,醋就是乙酸的稀薄水溶液.只有一個碳原子的甲酸,是螞蟻的化學(xué)防御武器.蟻咬引起的痛感,是由甲酸刺激引起.丁酸,戊酸的氣味惡劣,有若糞便.

長鏈的飽和脂肪酸是固體,它們常在動物體內(nèi)以甘油酯的形式存在.天然脂肪酸大多有偶數(shù)碳原子,因為它們的組成單元是乙酸.

多元羧酸是指一個分子內(nèi)有兩個以上COOH基團(tuán),如草酸(乙二酸),琥珀酸(丁二酸).含有他種官能基的羧酸也有多類;羥酸包括乳酸,蘋果酸,酒石酸.法國科學(xué)家巴斯德(L. Pasteur)發(fā)現(xiàn)兩種酒石酸(鹽)結(jié)晶有鏡像關(guān)系,打開實驗立體化學(xué)的大門.

由兩個羧酸分子聯(lián)合并脫去一分子水,生成酸酐(anhydride).酸酐很容易與水反應(yīng),重得羧酸;又如與醇反應(yīng),產(chǎn)物為一酯及一羧酸.羧酸比一般無機酸弱,但可以生成鹽.較強的磺酸R-SO3H與膦酸R-PO(OH)2是硫酸及磷酸的一個羥基被碳基取代的酸.具有長碳鏈的磺酸鹽(如鈉鹽)具表面活性,是非常良好的人造清潔劑,它們的鈣,鎂鹽不會在水中沉淀,故可用于硬水,功效比傳統(tǒng)的肥皂優(yōu)異.肥皂由植物油(羧酸甘油酯)水解生成,所含羧酸鈉鹽與硬水中的鈣離子交換,溶解度低的鈣鹽就會沉積,失去清除污垢之能力.也許值得指出的是,人體內(nèi)的膽酸生成的鹽,性質(zhì)近似肥皂,在腸內(nèi)能產(chǎn)生大量泡沫,藉表面張力把污物包圍清除.

酯

可水解的脂肪都是酯(esters).酯包括一切酸與醇的脫水縮合產(chǎn)物,其中以甲酸甲酯HCOOCH3最為簡單.像這些低分子量的酯,都有良好氣味〔注九〕.花果的香味,多是由于酯類所貢獻(xiàn).內(nèi)酯(lactones)也有類似性質(zhì),有些像桃子,有些像茴香;大環(huán)內(nèi)酯有麝香味.

磷酸酯(單酯,二酯,三酯)是生物化學(xué)上重要的分子.磺酸酯往往有很大的化學(xué)活性,容易進(jìn)行置換及消除反應(yīng).硝酸酯則是含有高能量的化合物,易分解.最初發(fā)現(xiàn)的無煙火藥,是棉布纖維的硝酸酯化所成.炸藥用的三硝酸甘油酯,對振蕩非常敏感.而諾貝爾就是因找到穩(wěn)定它的方法而發(fā)財?shù)?有趣的是,三硝酸甘油酯也是一種心臟病的藥品.

胺與醯胺

胺(amines)是氨分子內(nèi)的氫原子被有機團(tuán)(R)置換而成,在制造時的確是可以用這方法.因置換的程度不同,胺分為第一級的RNH2,第二級的RR'NH,與第三級的RR'R''N,其中R, R', R''可以相同或相異.

胺類的氮原子仍擁有一孤對電子,保持堿性,可與酸結(jié)合生成鹽類.第四級銨鹽的氮原子有四個不同的R,是可以呈光學(xué)活性的.

胺的氣味不佳.魚腥正是揮發(fā)性胺所引起.外國人吃魚前,在其上擠以檸檬汁,用意是除腥,原理則是把胺固定成不揮發(fā)的鹽.腐尸與精液的獨特氣味,主要來自尸胺(cadaverine)與精胺(spermine).

甲醛與氨的溶液混合,蒸發(fā)后,便可得一種白色晶體.此物有金剛鉆晶格單元結(jié)構(gòu),六個亞甲基CH2與四個氮原子(三級胺)形成.它可用作利尿劑,尿道消毒劑等.

胺是一般有機化學(xué)類型中具有最顯著生理作用的.天然界的胺,很多是來自胺基酸代謝.動物大腦中產(chǎn)生多巴胺(dopamine, 圖八)的代謝失調(diào)時,巴金森氏病(Parkinson's disease)就出現(xiàn).

生物堿(alkaloids)多是環(huán)狀胺類,又常具劇毒.環(huán)型結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌入雜原子(氧,氮,硫,……等非碳原子)時,屬雜環(huán)化合物.簡單的咯,啶,,是芳香性雜環(huán),它們往往是藥物的結(jié)構(gòu)單元.組成核酸的嘧啶與嘌呤堿基,也是雜環(huán)系統(tǒng)〔注十〕.

由羰酸與胺(包括氨)相加并脫水,即可得醯胺(amides).醯基(acyl group)是 R-CO,是烷基與羰基的組合,在酯內(nèi)也有.醯胺有三亞種,是隨氮原子上的取代基數(shù)目而分的.但無論如何,胺接上了醯基就失去了堿性.

蛋白質(zhì)是由多個胺基酸組合而成,鍵結(jié)正是醯胺.尼龍也是聚醯胺,不過一個醯胺的氮原子與另一醯胺的羰基是以若干亞甲基CH2隔開.又有尼龍是二胺與二酸縮合而成的.

硝基化合物

烴類直接硝化可得硝基化合物(nitro compounds).因為這方法的成本低,在化學(xué)工業(yè)上很重要.硝基化合物容易被還原,生成第一級胺,故許多芳香胺的大量制造靠這兩步驟.2, 4, 6-多硝基化合物含有高能量,許多炸藥是根據(jù)這特性開發(fā)的.三硝基甲苯(TNT, 如圖九)是一熟知的例子.

鹵素有機化合物

不久以前,含鹵素的有機化合物(organohalogen compounds)是重要的溶劑及合成中間體.但此類物質(zhì)常有毒性,致癌性,及對環(huán)境危害,已漸漸被取代.氯仿(CHCl3)有很好的麻醉能力,但這幾十年來已完全停用.曾經(jīng)大量生產(chǎn),用作冷媒,清洗溶劑,發(fā)泡劑等的氟氯烴(freons),因蒸發(fā)至高空后,受太陽的紫外線照射會分解產(chǎn)生氯原子,破壞了有保護(hù)地球上生物功能的臭氧層,故已經(jīng)被禁止生產(chǎn)了.

"滴滴涕"(DDT, 如圖十)是一種十分有效的殺蟲劑,因為它的制造成本很低,用量極大.只是它(及很多其他含鹵素的烴)在地表不易被分解而消除,又會沿食物鏈聚積在生物體(脂肪組織),引起多種不良后果.據(jù)說野生鳥類繁殖率降低的原因之一,是鳥類不斷從食物吸收DDT后,體內(nèi)礦物質(zhì)的代謝改變,產(chǎn)下的卵殼厚度減低,承受不起孵坐壓力而破損.不過當(dāng)初若是沒有使用DDT使用的話,亞熱帶及熱帶地區(qū)的開發(fā),必是困難重重.病媒蚊蟲的撲滅,DDT應(yīng)居首功.

氟是最活潑的元素,但它在引進(jìn)有機化合物之中時,被馴化了.鐵弗龍(teflon),人造血液的主要成分,都含有氟.

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