Återhämtning (kemi)

Restaurering , i kemi , är den process genom vilken [1] [2] [3] :

Av de tre givna definitionerna av restaurering dök den tredje upp först (mitten av 1800-talet), och den första och andra dök upp på 1920-talet. För närvarande uttrycks åsikter om att den andra definitionen är den mest allmänna och lämpar sig för alla återhämtningsprocesser. Den tredje definitionen anses vara den mest bekväma för kvalitativ igenkänning av redoxreaktioner , till exempel inom organisk kemi , där det är lättare att märka utseendet eller försvinnandet av väte än en förändring i de fraktionerade oxidationstillstånden för kolatomer [4] .

Återhämtning i oorganisk kemi

En atom eller jon som tar emot elektroner kallas ett oxidationsmedel ; även kallat ämnet, som innefattar sådana atomer eller joner. Oxidationsmedel inkluderar många enkla icke-metalliska ämnen (till exempel F 2 ,, Br 2 , I 2 , O 2 , O 3 , S ), vars atomer fäster elektroner.

Återhämtning i organisk kemi

De första kända reduktionsmedlen inom organisk kemi, vars användning började från 1840-talet, är zink , järn och vätesulfid . Utvecklingen av detta fält av organiska reaktioner började med två viktiga upptäckter: 1897 föreslogs katalytisk hydrering och 1947 reduktion med metallhydrider . Var och en av dessa reaktioner tar ungefär en fjärdedel av alla reduktionsmetoder, och den återstående hälften är elektrokemisk reduktion, reduktion med metaller, metallsalter, organiska och oorganiska ämnen [5] .

Reduktionsreaktioner i bioorganisk kemi

Inom bioorganisk kemi är reduktionsreaktioner av stor betydelse, som är en integrerad del av olika biokemiska processer i biologiska system, och används inom industrin för syntes av värdefulla bioorganiska föreningar.

I biologiska system spelar olika koenzymer rollen som en vätedonator , till exempel NAD H, NADP H och FAD H2.

I kroppen förekommer ofta reduktionsreaktioner av olika kvävehaltiga föreningar, till exempel nitriler och amider av karboxylsyror, som ett resultat av vilka primära aminer bildas :

R-CN + 2H2 → R - CH2- NH2 nitrilamin RC (= O) -NH2 + 2H2 → R - CH2 - NH2 + Nytsvytsvyaya2O amidamin

Vissa färgglada livsmedelsprodukter kan innehålla anilinbaserade färgämnen . Den konstanta konsumtionen av sådana produkter kan leda till allvarliga konsekvenser, eftersom anilin uppvisar hög biokemisk aktivitet ; inträder i reaktioner, bildar det olika giftiga föreningar i människokroppen . Industriell produktion av anilin från nitrobensen är en typisk reduktionsreaktion (mer känd som zininreaktionen ):

C6H5 - NO2 + H2 , Ni → C6H5 - NH2 nitrobensenanilin _ _ _ _ _ _

En av deltagarna i de enzymatiska reduktionsprocesserna är ett derivat av 1,4-dihydropyridin-NADH, som, när det reduceras, bildar NAD+ i olika redoxreaktioner som en del av sådana komplexa cykler som Krebs -cykeln , Calvin-cykeln , etc. Till exempel, med deltagande av NADH, fortsätter det i in vivo-reaktion för omvandling av aldehyder till alkoholer :

NADH + H+ + RC(=O)-H → R-CH2- OH + ÖVER+

I allmänhet leder reduktionen av karbonylföreningar ( aldehyder , ketoner , estrar ) till bildningen av motsvarande alkoholer:

RC(=O)-H + [H] → R-CH2- OH aldehyd primär alkohol RC(=0)-R^ + [H] → R-CH(OH)-R^ keton sekundär alkohol RC(=0)-OR^ + [H] → R-CH2- OH + R^OH ester primär alkohol

En framträdande plats i bioorganisk kemi är upptagen av minskningen av monosackarider (aldos, ketos). Aldosreduktion producerar endast en polyol, medan ketos är en blandning av två polyoler. Till exempel ger reduktion av D-fruktos med natriumborhydrid ( ) D-glucite ( sorbitol ) och D- mannitol .

Reduktiv amineringsreaktion är viktig , som sker i kroppen under biosyntesen av α-aminosyror. Processen fortskrider enligt additionsklyvningsschemat och består i att erhålla a-aminosyror från aldehyder och ketoner med bildning av en mellanprodukt - imin , som sedan reduceras till en amin.

Redox potential

Inom biokemi används termen reduktionsekvivalent ofta för att hänvisa till en elektronekvivalent som överförs från en donator till en acceptor ( elektron eller en elektron och en proton , etc.) . Denna term säger inget om exakt vad som överförs - en elektron som sådan, en väteatom , en hydridjon (H-), eller om överföringen sker i en reaktion med syre , vilket leder till bildandet av en oxiderad produkt.

Förmågan hos ett reduktionsmedel att donera elektroner till ett oxidationsmedel uttrycks av värdet på redoxpotentialen (standardreduktionspotential), eller redoxpotential. Redoxpotentialen bestäms genom att mäta den elektromotoriska kraften (emk) i volt som uppstår i en halvcell där ett reduktionsmedel och ett oxidationsmedel , närvarande i koncentrationer lika med 1 mol / liter vid 25 °C och pH 7,0, är i jämvikt med elektroden, kapabel att ta emot elektroner från reduktionsmedlet och överföra dem till oxidationsmedlet. Redoxpotentialen för reaktionen antogs som standard

H2 2H+ + 2e, som vid ett vätgastryck av 1 atmosfär vid en koncentration av H+-joner lika med 1 mol/liter (motsvarande pH=0) och vid 25 °C villkorligt tas som noll. Under betingelserna för pH-värdet som antagits som standard för biokemiska beräkningar, det vill säga vid pH 7,0, är ​​redoxpotentialen (Eo´) för väteelektroden ( H2 - 2H + system) -0,42 V.

Här är värdena för redoxpotentialen (Eo´) för några redoxpar som spelar en viktig roll i elektronöverföring i biologiska system:

Reduktionsmedel Oxidationsmedel Eo', V
H 2 2H + - 0,42
ÖVER • H + H + ÖVER + - 0,32
NADP • H + H + NADP + - 0,32
Flavoprotein (återställt) Flavoprotein (oxiderat) - 0,12
Koenzym Q • H 2 Koenzym Q + 0,04
Cytokrom B (Fe 2+ ) Cytokrom B (Fe 3+ ) + 0,07
Cytokrom C1 (Fe 2+ ) Cytokrom C1 (Fe 3+ ) + 0,23
Cytokrom A (Fe 2+ ) Cytokrom A(Fe 3+ ) + 0,29
Cytokrom A3 (Fe 2+ ) Cytokrom A3 (Fe 3+ ) +0,55
H2O _ _ ½ O 2 + 0,82

Ett system med en mer negativ redoxpotential har en större förmåga att donera elektroner till ett system med en mer positiv redoxpotential. Till exempel kommer ett par av NAD • H / NAD + , vars redoxpotential är -0,32 V , att donera sina elektroner till redoxparet flavoprotein (reducerat) / flavoprotein (oxiderat), som har en potential på -0,12 V, det är mer positivt. Ett stort positivt värde på redoxpotentialen för redoxparet vatten/syre (+0,82 V) indikerar att detta par har en mycket svag förmåga att donera elektroner (det vill säga förmågan att bilda molekylärt syre). Annars kan vi säga att molekylärt syre har en mycket hög affinitet för elektroner eller väteatomer.

Litteratur

Länkar

Anteckningar

  1. ↑ IUPAC-guldbok-reduktion . Hämtad 16 augusti 2013. Arkiverad från originalet 17 augusti 2013.
  2. ↑ IUPAC guld bok - oxidation . Hämtad 16 augusti 2013. Arkiverad från originalet 17 augusti 2013.
  3. ↑ Glinka N. L. Allmän kemi. - Leningrad: Kemi, 1985. - S. 257.
  4. ↑ Silverstein TP Oxidation och Reduktion: För många definitioner?  (engelska)  // J. Chem. Educ. - 2011. - Vol. 88 , nr. 3 . - s. 279-281 . - doi : 10.1021/ed100777q .
  5. ↑ Hudlicky, 1984 , sid. XV.