模块七第三讲煤的化学结构模型

CH2 CH2
CH2
S
O
CO
S
OH
S
CH3
—S— N
O CH2
N
O CH2
OH
OH N
OH SH
CH2
CH2 OH
OH
图6-5 Wiser化学结构模型
第三讲 煤的化学结构模型
4.本田化学结构模型
本田模型如图6-6所示。该模型的特点是最早设想在有机结构部分存 在着低分子化合物，缩合芳香环以菲为主，它们之间有比较长的次甲基键 连接，对氧的存在形式考虑比较全面。不足之处在于没有包括硫和氮的结 构。
第三讲 煤的化学结构模型
1. Fuchs化学结构模型
图6-3是由德国人W·Fuchs提出，Krevelen于1957年进行了修改了的煤 结构模型。
Fuchs模型将煤描绘成由很大的蜂窝状缩合芳香环和在其边缘上任意 分布着以含氧官能团为主的基团所组成的一类大分子化合物，煤中缩合芳 环平均为9个，最大部分有11个之多。随后，煤结构的研究开始广泛采用 X射线衍射、红外光谱分析和统计结构解析等物理测试和分析方法，研究 水平有了一定提高，提出了许多经典性的煤结构模型。但这些模型与 Fuchs模型具有一个共同的特点，即结构单元中芳香缩合环都很大。
CH2
CH3
第三讲 煤的化学结构H C模型C H 3
HC CH2
H H2 H2
CH3
图从62-05世W纪i初ser开化始H学3 C研结究构H 煤2模C 结型构O以来，HC 2人们CH 2 提出C 的H 2 煤分子结构模型已有十C 几CC个H 3之C H多OC ，本讲将对五个有代表性的结构模型予以简要介绍，以
H3C
Wiser化学结构模型
从20世纪初开始研究煤结构以来，人们提出的煤分子结构模型已有十几个之多，本讲将对五个有代表性的结构模型予以简要介绍，以
期从不同的侧面了解煤的化学结构。
OH
氮原子以杂环形式存在，大分子结构上连有多个在反应或测试中确定的官能团如酚羟基和醌基等。
O
氮原子以杂环形式存在，大分子结构上连有多个在反应或测试中确定的官能团如酚羟基和醌基等。
第三讲 煤的化学结构模型
O O
O
O
H O O
O CH3
S H
CH3
CH
CH3
O O
N H
图6-3 Fuchs化学结构模型（经Van Krevelen修改）
第三讲 煤的化学结构模型
2. Given化学结构模型
Given化学结构模型表示低煤化度烟煤是由环数不多的缩合芳香环 （主要是萘环）构成的一类大分子化合物，如图6-4所示。在这些环结构 之间以脂环相互连接，分子呈线性排列构成折叠状、无序的三维空间大分 子。氮原子以杂环形式存在，大分子结构上连有多个在反应或测试中确定 的官能团如酚羟基和醌基等。 Given模型加强了煤中氢化芳环结构，这些 结构在煤液化反应过程的初期具有供氢活性。缩合芳香环结构单元之间交 联键的主要形式是邻位亚甲基，但模型中没有含硫的结构，也没有醚键和 两个碳原子以上的次甲基桥键，这是Given化学结构模型的不足之处之 一。
模型，如图6-7所示。 H 3 C C C
CH3
CH3
第三讲 煤的化学结构模型
5. Shinn化学结构模型
Shinn化学结构模型是目前广为人们接受的煤大分子模型，是根据煤 在一段和二段液化过程产物的分布提出来的，所以又叫做反应结构模型， 如图6-7所示。
与以上几种模型（C＝100左右）不同，Shinn化学结构模型以烟煤为 对象，以分于量为10000为基础，将考察结构单元扩充至C＝661，通过数 据处理和优化得出分子式为C661H561O74N16S6，此模型不仅考虑了煤分子中 杂原子的存在，而且官能团、桥键分布均比较接近实验结果。Shinn模型 中含氧较多，基本结构的芳香环数多为2~3个，其间由1~4个桥结构相连。 大多数桥结构是亚甲基（－CH2－）和醚（－O－）。氧的主要存在形式 是酚羟基。模型中有一些特征明显的结构单元，如缩合的喹啉、呋喃和吡 喃。
第三讲 煤的化学结构模型
该结构假设芳环或氢化 芳环单位由较短的脂链和醚 键相连，形成大分子的聚集 体，小分子相镶嵌于聚集体 孔洞或空穴中，可通过溶剂 溶解抽提出来。
图6-7 Shinn化学结构模型
OH
OH
N
OH
OH
O
OH O
O
OH OH
OH
H3C
O H3C H3C
N HO
O
O
H3C HO
OH
O
S
OH
Wiser化学结构模型的主要不足在于缺乏立体结构的考虑，即缺乏对 给出的官能团、取代基以及缩合芳环等在立体空间中形成稳定化学结构和 谐性的考虑。
第三讲 煤的化学结构模型
OH SH
OH CH2
OH CH3
NH2
CH2
CH2 —CH2
CH2 CH2 CH2 S
HO
OH O S
N
O O
CH2
HO
OH
C2H5
第三讲 煤的化学结构模型
Fuchs化学结构模型 图6-6 本田化学结构模型
OH
OH

OH O
第三讲 煤的化学结构模型
缩合芳香环结构单元之间交联键的主要形式是邻位亚甲基，N 但模型中没有含硫的结构，也没有醚键和两个碳原子以上的次甲基桥键，
这是Given化学结构模型的不足之处之 一。
OH OH O
O
Fuchs化学结构模型
第三讲 煤的化学结构模型 图6-6 本田化学结构模型
H3C
N
第三讲 煤的化学结构模型
模块七 煤的有机质结构
图6-4 Given化学结构模型
第三讲 煤的化学结构模型
3. Wiser化学结构模型
Wiser化学结构模型被认为是迄今为止比较全面、合理的一个，主要 针对年轻烟煤，基本上反映了煤分子结构的现代概念，可以合理解释煤的 液化和其他化学反应性质。Wiser化学结构模型如图6-5所示。
第三讲 煤的化学结构模型
Shinn化学结构模型
H2
H H2
OH
CCC C
从20世纪初开始研究煤结构以来，人们提O 出C的H 3煤分子结构模型已有十几个之多，本讲将对五个有代表性的结构模型予以简要介绍，以
期从不同的侧面了解煤的化学结构。
O
Fuchs化学结构模型 C H 2
低分子
第三讲 煤的化学结构模C H型2
模块七 煤的有机质结构 第三讲 煤的化学结构模型
第三讲 煤的化学结构模型
从20世纪初开始研究煤结构以来，人们提出的煤分子结构模型已有十 几个之多，本讲将对五个有代表性的结构模型予以简要介绍，以期从不同 的侧面了解煤的化学结构。
➢ Fuchs化学结构模型 ➢ Given化学结构模型 ➢ Wiser化学结构模型 ➢ 本田化学结构模型 ➢ Shinn化学结构模型
期从不同的侧面了解煤的化学结构。
低分子
H 2C
图6-6 本田化学结构模型 O
CH2
H2
Fuchs模型将煤描绘成由很大的蜂窝状缩合H 芳C 香CH 环2 C和在其边缘上任意分布着以含氧官能团为主的基团所组成的一类大分子化合物，煤中
缩合芳环平均为9个，最大低 分部子分有11H个O 之多C。H 2
O
Shinn模型中含氧较多，基本结构的芳香环数多为2~3个，其间由1~4个桥结构相连。
OH O
O
HO
CH3
OH
O
N
O
S
H
HO OH
OH
CH3
O
HO
N H
S
OH
OH O OH
O OH
O
OH
OH
CH3
O
O
NH O H3C
O O
OH O
O O HS O
HOOC ON
O OH
N OH
O OH
O OH
O NH2
OH
O
OH
S O
N
HO
HO S
O HN
HO OH OH
图6-3是由德国人W·Fuchs提出，Krevelen于1957年C H进3 行了修改了的煤结构模型。
Shinn化学结构模型
氮原子以杂环形式存在，大分C H子2 结构上C H连3 有HC 2多个CH 2在反应或测试中确定的图官6能-6团如本酚田羟化基和学醌结基构等。模型
Shinn化学结构模型是目前H广2 C为人们接受的煤大分子模型，是根据煤在一段和二段液化过程产物的分布提出来的，所以又叫做反应结构