Введение к работе
Актуальность исследования. Особенности химического состава органической массы (ОМ) ископаемых топлив, а соответственно и их реакционная способность в различных процессах термохимической переработки в значительной мере определяются исходным биоматериалом, одним из методов изучения видового состава которого является использование биомаркеров. В органической геохимии в качестве биомаркеров в настоящее время используется весьма ограниченный набор природных соединений и структурно родственных им продуктов. Сведения же о комплексном использовании геохимических, геологических и палеонтологических данных с привлечением широкого спектра биомаркеров крайне ограничены. В этой связи весьма актуальными являются задачи детальной палеореконструкции видового состава исходного биоматериала, выявления направлений превращений отдельных классов природных соединений при генезисе ОМ ископаемых топлив и в различных процессах их технологической переработки на основе совместного использования данных различных наук. Решению этих актуальных задач и посвящена настоящая работа.
Исследования являлись составной частью НИР, проводимых в Тулгоспедуниверситетс им. Л.Н.Толстого с 1972 г. в соответствии с заданиями АН СССР и корреспондировались с постановлением ГКНТ СССР от 27.02.89 г. № 101, о Государственной научно-технической программе "Экологически чистая энергетика", проект "Сшггетическое жидкое топливо", а также с приказом ГК РСФСР по делам науки и высшей школы от 12.08.91г. № 716 о Республиканской научно-технической программе "Наукоемкие химические технологии"; программой правительства РФ "Оздоровление экологической обстановки и охраны здоровья населения России" на 1993-2000 гг. Кроме того, выполнение данных работ включено в программы Российского фонда фундаментальных исследований "Университеты России".
Цель и задачи исследования. Целью данной диссертационной работы являлась проверка гипотезы о возможности детальной палеореконструкции видового состава древней палеофлоры, послужившей источниками первичного биоматериала с использованием идентифицированного в смолах полукоксования (ПК) бурого угля Канско-Ачинского бассейна набора флавоноидов, кумаринов, изокумаринов и хромонов, а также генетически связанных с ними соединений; сравнения результатов проведённого геохимического исследования с данными геологии и палеоботаники, а также выявление возможных путей превращений вышеназванных кислородсодержащих соединений при углеобразовании и ПК.
Для достижения поставленной цели было необходимо: 1. Проанализировать известные литературные данные по органической геохимии, химии ископаемых топлив, биохимии, химии природных соединений, геологии и палеонтологии, освещающие вопросы о нахожде-
нии флавоноидов, кумаршюв, изокумарииов и хромонов, а также генетически связанных с ними соединений в ОМ каустобиолитов, современном растительном материале, применении указанного класса соединений в качестве биомаркеров и хемотаксономичсских индикаторов, геологической истории изучаемого угля, видовом составе исходной палеофлоры.
2. Провести структурную классификацию угольных флавоноидов,
кумаршюв, изокумарииов, хромонов и родственных им соединений, а за
тем сравнить их с соответствующими природными соединениями для
выявления генетической связи первых с исходным биоматсриалом.
-
Сравнить результаты геохимических, геологических и палеонтологических исследований, сделать выводы о возможности их взаимоподтверждения и взаимодополнения, видовом составе исходной палеофлоры и фациальной обстановке первичного осадконакопления.
-
Показать возможные пути трансформации нативных флавоноидов, кумаршюв, изокумарииов и хромонов в ходе углеобразовапия и при ПК.
Научная новизна. Для ряда флавоноидов, кумаринов, изокумарииов, хромонов и структурно родственных им соединений, идентифицированных в экстрактах и смолах ПК бурых углей впервые выявлена генетическая связь с исходным биоматериалом; на основании комплексного использования геохимических, биохимических, геологических и палеоботанических данных для бурого угля Канско-Ачинского бассейна впервые проведена палеореконструкция видового состава исходной палеофлоры; выявлены особенности фациальных условий первичного осадконакопления и дальнейшего преобразования исходного органического вещества (ОВ) в ходе углефикации, а также возможные пути превращений нативных флавоноидов, кумаршюв, шокумаринов и хромонов в условиях углеобра-зования и ПК; показана взаимоподтверждаемость и взаимодополняемость различных научных подходов к изучению каустобиолитов; предложены вероятные пути практического приложения результатов работы в различных областях химической технологии твердых топлив, органической геохимии, палеоботаники, палеогеологии, эволюционной биохимии и фармацевтической промышленности. В частности, показало, что использование данных споро-пыльцевого анализа позволяет прогнозировать состав битумов, смол коксования и ПК и реакционную способность углей в различных технологических процессах.
Основные положении, выносящиеся на защиту:
Рассмотрение генетической связи флавоноидов, кумаршюв, изокумарииов и хромонов, а также структурно связанных с ними соединений, в частности, тохітотивв а кзашшлтюв с исходным Ъзихмгягфюзяш; реконструкция видового состава исходной палеофлоры; доказательство взаимоподтверждаемости и взаимодополняемости геохимического, геоло-гическоого и палеоботанического подходов к изучению ОМ каустобиоли-
тов; вероятные пути превращений нативиых флавоноидов, кумаринов, изокумарипов и хромонов в генетически связанные с ними соединения и фрагменты ОМУ при углеобразовашш и ПК; рекомендации по применению результатов работы в областях химической технологии ископаемых топлив, органической геохимии, палеоботаники, палеогеологии, эволюционной биохимии и фармацевтической промышленности.
Научные и практические рекомендации:
1. Комплексный межпредметный подход, применявшийся в ходе проведенного исследования выявил взаимоподтвсрждаемость и взаимодополняемость данных изучения бурых углей методами органической геохимии, геологии и палеоботаники. Это означает, что результаты исследований в рамках одного го этих направлений, как, например, данные о споро-пыльцевом комплексе, можно использовать для предсказания результатов, которые могли бы быть получены в других направлениях, например, состава отдельных фракций смол ПК, а также для прогнозирования реакционной способности, количественного и качествеїшого состава продуктов переработки каустобиолитов в различных технологических процессах, а также целенаправленного поиска каустобиолитов, способных являться ценным сырьем для фармацевтической промышленности.
2. Качественное подобие гаммы флавоноидов, кумаринов, изокума-риноп и хромонов, идентифицированных в смолах ПК изученного угля, набору данных соединений у ряда современных хвойных, других голосеменных - пшкговых и цикадовых, папоротникообразных, хвощевидных и плауновидных растений подтверждает факт генетического консерватизма этих групп растений и тождественность биохимических механизмов, ответственных за синтез рассматриваемых соединений в древних и соврс-мегшых растениях указанных таксонов. С другой стороны, некоторые отличия идентифицированной в изученных угольных продуктах гаммы флавоноидов, кумаринов, изокумарипов и хромонов от наборов этих соединений в современных растениях данных таксонов говорит об определённой разнице в биохимических механизмах синтеза указанных соединений у древних мезозойских растений по сравнепшо с совремешшми, в пользу вероятного участия в первичном осадконакоплешш мезозойских эволго-ционых предшествешшков ряда семейств цветковых растений, а также, на начальной стадии торфогенеза, различных видов грибов, в том числе, почвеншлх гифомицетов, генетически и биохимически близких к соответствующим совремешшм грибам. Данные результаты могут быть использованы в области эволюционной биохимии кислородсодержащих природных соединений растительного происхождения. Применение последних в качестве хемотаксономических индикаторов позволяет рекомендовать данный подход для выявления или подтверждения филогенетических связей между различными группами низших и высших растений.
3. Результаты выполненной работы могут быть включены в учебные программы Высшей школы по оргаїшческой геохимии, палеоботанике,
геологии каустобиолитов, химии и технологии твердых горючих ископаемых, зволюционой биохимии.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов (г.Тула, Тулгоспедуниверситет им. Л.Н.Толстого; г. Новомосковск, НИ РХТУ им. Д.И.Мевделесва, 1997-1999 г.г.), 2-ой Международной конференции "Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства" (г. Тула, 1998 г.). IV - Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием), г. Санкт-Петербург, 1999 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2 статьи и тезисы ^докладов.
Структура и объСм работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, изложенных на 222 страницах, включая 17 рисунков, 39 схем и 2 таблицы, а также перечня использованной литературы из 524 наименований на 48 страницах.
