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胶质的结构十分复杂,研究认为,它是由不长的烷基(如 等)把带少数短侧链的芳香环、环烷烃及含硫、氮、氧原子的杂环构成的稠环连接起来形成的。馏分油中的胶质主要以双环为主,减压渣油中的胶质以高度稠化的稠环为主 。
石油胶质的稠环芳烃和脂环部分大体为平面结构,支链部分也伸展在平面上。分子中稠环、脂环和侧链中的C—C键长均分别比单独苯环、脂肪环和烷烃的C—C键短。侧链中的C—C键比芳环和脂环的C—C键弱,在催化剂的作用下将优先裂解。重叠形成DG和TG后,键长、键角和电荷略有变化。胶质分子的极性基团间存在氢键作用,DG和TG分子间的作用能分别为-22.8416kJ/mol和-43.8455kJ/mol。