Fentonovo činidlo - Fentons reagent - Wikipedia

Fentonovo činidlo je řešením peroxid vodíku (H2Ó2) s železný železo (obvykle síran železnatý, FeSO4) jako katalyzátor to je zvyklé okysličovat kontaminanty nebo odpadní vody. Fentonovo činidlo lze použít ke zničení organické sloučeniny jako trichlorethylen (TCE) a tetrachlorethylen (perchlorethylen, PCE). To bylo vyvinuto v 90. letech 19. století Henry John Horstman Fenton jako analytické činidlo.[1][2][3]

Přehled

Železo (II) je oxidováno peroxidem vodíku na železo (III), tvořící a hydroxylový radikál a a hydroxidový ion v průběhu. Železo (III) se poté redukuje zpět na železo (II) další molekulou peroxidu vodíku za vzniku a hydroperoxyl radikální a proton. Čistý efekt je a nepřiměřenost peroxidu vodíku k vytvoření dvou různých druhů kyslíkových radikálů, s vodou (H+ + OH−) jako vedlejší produkt.

Fe2+ + H2Ó2 → Fe3+ + HO • + OH−

 

 

 

 

(1)

Fe3+ + H2Ó2 → Fe2+ + HOO • + H+

 

 

 

 

(2)

2 H2Ó2 → HO • + HOO • + H2Ó

 

 

 

 

(síťová reakce: 1 + 2)

The volné radikály generované tímto procesem se pak zapojí do sekundárních reakcí. Například, hydroxyl je silný, neselektivní oxidant.[Citace je zapotřebí ] Oxidace organické sloučeniny Fentonovým činidlem je rychlá a exotermické a vede k oxidaci znečišťujících látek především na oxid uhličitý a vodu.[4]

Reakce (1) navrhl Haber a Weiss ve třicátých letech jako součást toho, co by se stalo Haber-Weissova reakce.[5]

Síran železnatý se obvykle používá jako železný katalyzátor. Přesné mechanismy redoxního cyklu jsou nejisté a byly také navrženy neOH • oxidační mechanismy organických sloučenin.[Citace je zapotřebí ] Proto může být vhodné široce diskutovat Fentonova chemie spíše než konkrétní Fentonova reakce.

V elektro-Fentonově procesu se vyrábí peroxid vodíku in situ z elektrochemická redukce kyslíku.[6]

Fentonovo činidlo se také používá v organická syntéza pro hydroxylace z areny v radikální substituce reakce, jako je klasická konverze benzen do fenol.

C6H6 + FeSO4 + H2Ó2 → C.6H5ACH

 

 

 

 

(3)

Příklad hydroxylační reakce zahrnuje oxidace z kyselina barbiturová na alloxan.[7] Další aplikace činidla v organické syntéze je v vazebné reakce alkanů. Jako příklad tert-butanol je dimerizován Fentonovým činidlem a kyselina sírová na 2,5-dimethyl-2,5-hexandiol.[8]

Vliv pH na rychlost reakce

Protože Fentonova reakce závisí na současné přítomnosti (v roztoku) rozpuštěného Fe2+ a Fe3+ ionty, její kinetiku ovlivňují příslušné rozpustnosti obou druhů jako přímá funkce řešení pH. Jako Fe3+ je asi stokrát méně rozpustný než Fe2+ v přírodní vodě s téměř neutrálním pH je limitujícím faktorem reakční rychlosti koncentrace železitých iontů. Reakce probíhá pouze rychle za kyselých podmínek. Při vysokém pH za alkalických podmínek reakce zpomaluje v důsledku vysrážení Fe (OH)3, což snižuje koncentraci Fe3+ druhy v roztoku.

Biomedicínské důsledky

Fentonova reakce má v biologii různé důsledky, protože zahrnuje tvorbu volných radikálů chemickými látkami přirozeně se vyskytujícími v buňce pod in vivo podmínky.[9] Přechodný kov ionty jako např žehlička a měď může darovat nebo přijmout volné elektrony prostřednictvím intracelulárních reakcí a tak přispívat k tvorbě, nebo naopak k úklidu volné radikály. V organismech dýchajících kyslík je většina intracelulárního železa v železitý (Fe3+) Stát[Citace je zapotřebí ] a proto musí být snížena na železný (Fe2+) se účastní Fentonovy reakce. Superoxid ionty a přechodné kovy působí synergicky při vzniku poškození volnými radikály.[10] Ačkoli je tedy klinický význam stále nejasný, je to jeden ze životaschopných důvodů, proč se vyhnout suplementaci železem u pacientů s aktivními infekcemi, zatímco jiné důvody zahrnují infekce zprostředkované železem.[11]

Viz také

Reference

  1. ^ Koppenol, W.H. (1993). „Sté výročí Fentonovy reakce“. Volná radikální biologie a medicína. 15 (6): 645–651. doi:10.1016 / 0891-5849 (93) 90168-T. ISSN  0891-5849. PMID  8138191.
  2. ^ Fenton H.J.H. (1894). „Oxidace kyseliny vinné v přítomnosti železa“. J. Chem. Soc., Trans. 65 (65): 899–911. doi:10.1039 / ct8946500899.
  3. ^ Hayyan M., Hashim M.A., AlNashef I.M., Superoxid ion: Generation and chemical implications. Chem. Rev., 2016, 116 (5), str. 3029–3085. DOI: 10,1021 / acs.chemrev.5b00407
  4. ^ "Geo-Cleanse International, Inc. | Činidla".
  5. ^ Haber, F .; Weiss, J. (1932). „Über die katalyse des hydroperoxydes“ [O katalýze hydroperoxidů]. Naturwissenschaften. 20 (51): 948–950. Bibcode:1932NW ..... 20..948H. doi:10.1007 / BF01504715. S2CID  40200383.
  6. ^ Juan Casado; Jordi Fornaguera; Maria I. Galan (leden 2005). "Mineralizace aromatických látek ve vodě pomocí technologie Fenton s podporou slunečního záření v pilotním reaktoru". Environ. Sci. Technol. 39 (6): 1843–47. Bibcode:2005EnST ... 39.1843C. doi:10.1021 / es0498787. PMID  15819245.
  7. ^ Brömme HJ, Mörke W, Peschke E (listopad 2002). „Transformace kyseliny barbiturové na aloxan hydroxylovými radikály: interakce s melatoninem a jinými vychytávači hydroxylových radikálů“. J. Pineal Res. 33 (4): 239–47. doi:10.1034 / j.1600-079X.2002.02936.x. PMID  12390507. S2CID  30242100.
  8. ^ E. L. Jenner (1973). „α, α, α ', α'-tetramethyltetramethylenglykol“. Organické syntézy.; Kolektivní objem, 5, str. 1026
  9. ^ Matavos-Aramyan, S; Moussavi, M; Matavos-Aramyan, H; Roozkhosh, S (2017). „Dezinfekce vody kontaminované kryptosporidiem novým Fentonovým procesem“. Volná radikální biologie a medicína. 106: 158–167. doi:10.1016 / j.freeradbiomed.2017.02.030. PMID  28212822. S2CID  3918519.
  10. ^ Robbins & Cotran (2008). Patologická podstata nemoci (7. vydání). Elsevier. str. 16. ISBN  9780808923022.
  11. ^ Lapointe, Marc (01.01.2004). „Doplňování železa na jednotce intenzivní péče: kdy, kolik a jakou cestou?“. Intenzivní péče. 8 (2): S37–41. doi:10.1186 / cc2825. ISSN  1364-8535. PMC  3226152. PMID  15196322.

Další čtení

externí odkazy