Реактив Фентонса - Fentons reagent

Реактив Фентона это решение пероксид водорода (ЧАС2О2) с железо железо (обычно сульфат железа (II), FeSO4) как катализатор что привык окислять загрязняющие вещества или же сточные воды. Реагент Фентона можно использовать для уничтожения органические соединения Такие как трихлорэтилен (ТВК) и тетрахлорэтилен (перхлорэтилен, PCE). Он был разработан в 1890-х годах Генри Джон Хорстман Фентон как аналитический реагент.[1][2][3]

Обзор

Железо (II) окисляется перекисью водорода до железо (III), образуя гидроксильный радикал и гидроксид-ион в процессе. Затем железо (III) восстанавливается до железа (II) другой молекулой перекиси водорода, образуя гидропероксил радикальный и протон. Чистый эффект - это непропорциональность перекиси водорода для создания двух различных форм кислородных радикалов с водой (ЧАС+ + ОН−) как побочный продукт.

Fe2+ + H2О2 → Fe3+ + HO • + OH−

 

 

 

 

(1)

Fe3+ + H2О2 → Fe2+ + HOO • + H+

 

 

 

 

(2)

2 ч2О2 → HO • + HOO • + H2О

 

 

 

 

(чистая реакция: 1 + 2)

В свободные радикалы генерируемые этим процессом, затем вступают во вторичные реакции. Например, гидроксил - мощный неизбирательный окислитель.[нужна цитата ] Окисление органического соединения реактивом Фентона происходит быстро и быстро. экзотермический и приводит к окислению загрязняющих веществ в основном до двуокиси углерода и воды.[4]

Реакция (1) был предложен Габер и Weiss в 1930-х годах как часть того, что станет Реакция Габера – Вейсса.[5]

Сульфат железа (II) обычно используется в качестве железного катализатора. Точные механизмы окислительно-восстановительного цикла неясны, также были предложены не-ОН • окислительные механизмы органических соединений.[нужна цитата ] Поэтому может быть уместно широко обсудить Фентон химия а не конкретный Реакция Фентона.

В процессе электро-Фентона образуется перекись водорода. на месте от электрохимическое восстановление кислорода.[6]

Реагент Фентона также используется в органический синтез для гидроксилирование из арены в радикальное замещение реакция, такая как классическая конверсия бензол в фенол.

C6ЧАС6 + FeSO4 + H2О2 → С6ЧАС5ОЙ

 

 

 

 

(3)

Пример реакции гидроксилирования включает окисление из барбитуровая кислота к аллоксан.[7] Еще одно применение реагента в органическом синтезе - реакции сочетания алканов. В качестве примера терт-бутанол димеризуется реактивом Фентона и серная кислота до 2,5-диметил-2,5-гександиола.[8]

Влияние pH на скорость реакции

Поскольку реакция Фентона зависит от одновременного присутствия (в растворе) растворенного Fe2+ и Fe3+ ионов, на его кинетику влияют соответствующие растворимость обоих видов как прямая функция решения pH. Как Fe3+ примерно в 100 раз менее растворим, чем Fe2+ в природной воде с pH, близким к нейтральному, концентрация ионов трехвалентного железа является ограничивающим фактором для скорости реакции. Реакция протекает быстро только в кислых условиях. При высоком pH в щелочных условиях реакция замедляется из-за осаждения Fe (OH)3, понижая концентрацию Fe3+ виды в растворе.

Биомедицинские последствия

Реакция Фентона имеет разные значения в биологии, потому что она включает образование свободных радикалов химическими соединениями, которые естественным образом присутствуют в клетке под воздействием in vivo условия.[9] Переходный металл ионы, такие как утюг и медь можно пожертвовать или принять свободные электроны через внутриклеточные реакции и, таким образом, способствуют образованию или, наоборот, поглощению свободные радикалы. В организмах, дышащих кислородом, большая часть внутриклеточного железа находится в железо (Fe3+) государственный[нужна цитата ] и поэтому должен быть сведен к железо (Fe2+), чтобы принять участие в реакции Фентона. Супероксид ионы и переходные металлы действуют синергетически при появлении свободных радикалов.[10] Таким образом, хотя клиническое значение все еще неясно, это одна из веских причин избегать приема препаратов железа у пациентов с активными инфекциями, тогда как другие причины включают инфекции, опосредованные железом.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Коппенол, W.H. (1993). «Столетие реакции Фентона». Свободная радикальная биология и медицина. 15 (6): 645–651. Дои:10.1016 / 0891-5849 (93) 90168-Т. ISSN  0891-5849. PMID  8138191.
  2. ^ Фентон Х.Дж. (1894 г.). «Окисление винной кислоты в присутствии железа». J. Chem. Soc., Trans. 65 (65): 899–911. Дои:10.1039 / ct8946500899.
  3. ^ Хайян М., Хашим М.А., АльНашеф И.М., Супероксид-ион: генерация и химические последствия. Chem. Rev., 2016, 116 (5), pp 3029–3085. DOI: 10.1021 / acs.chemrev.5b00407
  4. ^ "Geo-Cleanse International, Inc. | Реагенты".
  5. ^ Haber, F .; Вайс, Дж. (1932). "Uber die katalyse des hydroperoxydes" [О катализе гидропероксидов]. Naturwissenschaften. 20 (51): 948–950. Bibcode:1932NW ..... 20..948H. Дои:10.1007 / BF01504715. S2CID  40200383.
  6. ^ Хуан Касадо; Хорди Форнагуера; Мария Ивановна Галан (январь 2005 г.). «Минерализация ароматических углеводородов в воде с помощью технологии электро-Фентона с использованием солнечного света в пилотном реакторе». Environ. Sci. Technol. 39 (6): 1843–47. Bibcode:2005EnST ... 39.1843C. Дои:10.1021 / es0498787. PMID  15819245.
  7. ^ Brömme HJ, Mörke W, Peschke E (ноябрь 2002 г.). «Превращение барбитуровой кислоты в аллоксан гидроксильными радикалами: взаимодействие с мелатонином и другими акцепторами гидроксильных радикалов». J. Pineal Res. 33 (4): 239–47. Дои:10.1034 / j.1600-079X.2002.02936.x. PMID  12390507. S2CID  30242100.
  8. ^ Э. Л. Дженнер (1973). "α, α, α ', α'-Тетраметилтетраметиленгликоль". Органический синтез.; Коллективный объем, 5, п. 1026
  9. ^ Матавос-Арамян, С; Муссави, М; Матавос-Арамян, Н; Роозхош, С (2017). «Обеззараживание воды, зараженной криптоспоридием, с помощью нового процесса Фентона». Свободная радикальная биология и медицина. 106: 158–167. Дои:10.1016 / j.freeradbiomed.2017.02.030. PMID  28212822. S2CID  3918519.
  10. ^ Роббинс и Котран (2008). Патологическая основа болезни (7-е изд.). Эльзевир. п. 16. ISBN  9780808923022.
  11. ^ Лапойнт, Марк (2004-01-01). «Добавки железа в отделении интенсивной терапии: когда, в каком количестве и каким путем?». Критический уход. 8 (2): S37–41. Дои:10.1186 / cc2825. ISSN  1364-8535. ЧВК  3226152. PMID  15196322.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка