Palautuminen (kemia)

Restaurointi on kemiassa prosessi, jolla [1] [2] [3] :

Kolmesta annetusta restauroinnin määritelmästä kolmas ilmestyi ensimmäisenä (1800-luvun puolivälissä) ja ensimmäinen ja toinen 1920-luvulla. Tällä hetkellä esitetään mielipiteitä, että toinen määritelmä on yleisin ja sopii kaikkiin talteenottoprosesseihin. Kolmatta määritelmää pidetään kätevimpänä redox-reaktioiden kvalitatiivisessa tunnistamisessa esimerkiksi orgaanisessa kemiassa , jossa vedyn ilmaantuminen tai katoaminen on helpompi havaita kuin hiiliatomien jakohapetusasteiden muutos [4] .

Talteenotto epäorgaanisessa kemiassa

Atomia tai ioneja , jotka vastaanottavat elektroneja, kutsutaan hapettavaksi aineeksi ; kutsutaan myös aineeksi, joka sisältää tällaisia ​​atomeja tai ioneja. Hapettaviin aineisiin kuuluu monia yksinkertaisia ​​ei-metallisia aineita (esim. F 2 ,, Br 2 , I 2 , O 2 , O 3 , S ), joiden atomit kiinnittävät elektroneja.

Talteenotto orgaanisessa kemiassa

Ensimmäiset tunnetut orgaanisen kemian pelkistimet , joiden käyttö alkoi 1840-luvulla, ovat sinkki , rauta ja rikkivety . Tämän orgaanisten reaktioiden alan kehitys alkoi kahdella tärkeällä löydöllä: vuonna 1897 ehdotettiin katalyyttistä hydrausta ja vuonna 1947 pelkistystä metallihydrideillä . Kukin näistä reaktioista kestää noin neljänneksen kaikista pelkistysmenetelmistä, ja loput puolet ovat sähkökemiallista pelkistystä, pelkistystä metalleilla, metallisuoloilla, orgaanisilla ja epäorgaanisilla aineilla [5] .

Pelkistysreaktiot bioorgaanisessa kemiassa

Bioorgaanisessa kemiassa pelkistysreaktioilla on suuri merkitys, jotka ovat olennainen osa erilaisia ​​biokemiallisia prosesseja biologisissa järjestelmissä ja joita käytetään teollisuudessa arvokkaiden bioorgaanisten yhdisteiden synteesiin .

Biologisissa systeemeissä useat koentsyymit toimivat vedyn luovuttajana , esimerkiksi NAD H, NADP H ja FAD H2.

Elimistössä tapahtuu usein erilaisten typpeä sisältävien yhdisteiden, esimerkiksi karboksyylihappojen nitriilien ja amidien pelkistysreaktioita, joiden seurauksena muodostuu primäärisiä amiineja :

R-CN + 2H2 → R- CH2 - NH2 nitriiliamiini RC (= O) -NH 2 + 2H 2 → R-CH 2 -NH 2 + Nytsvytsvyaya 2 O amidiamiini

Jotkut kirkkaanväriset elintarviketuotteet voivat sisältää aniliinipohjaisia ​​väriaineita . Tällaisten tuotteiden jatkuva kulutus voi johtaa vakaviin seurauksiin, koska aniliinilla on korkea biokemiallinen aktiivisuus ; joutuessaan reaktioihin se muodostaa erilaisia ​​myrkyllisiä yhdisteitä ihmiskehossa . Aniliinin teollinen tuotanto nitrobentseenistä on tyypillinen pelkistysreaktio (tunnetaan paremmin ziniinireaktiona ):

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

Yksi osallistujista entsymaattisissa pelkistysprosesseissa on 1,4-dihydropyridiini-NADH:n johdannainen, joka pelkistettynä muodostaa NAD +:a erilaisissa redox-reaktioissa osana sellaisia ​​monimutkaisia ​​syklejä, kuten Krebsin sykli , Calvinin sykli jne. Esimerkiksi NADH:n osallistuessa se etenee in vivo -reaktiossa aldehydien muuntamiseksi alkoholeiksi :

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

Yleensä karbonyyliyhdisteiden ( aldehydit , ketonit , esterit ) pelkistys johtaa vastaavien alkoholien muodostumiseen:

RC(=O)-H + [H] → R-CH2 - OH aldehydiprimaarinen alkoholi RC(=O)-R^ + [H] → R-CH(OH)-R^ sekundaarinen ketonialkoholi RC(=O)-OR^ + [H] → R-CH2- OH + R^OH esteri primaarinen alkoholi

Merkittävä paikka bioorgaanisessa kemiassa on monosakkaridien (aldoosi, ketoosi) pelkistymisellä. Aldoosipelkistys tuottaa vain yhden polyolin, kun taas ketoosi on kahden polyolin seos. Esimerkiksi D-fruktoosin pelkistys natriumboorihydridillä ( ) tuottaa D-glusiittia ( sorbitolia ) ja D - mannitolia .

Pelkistävä aminointireaktio on tärkeä , joka tapahtuu kehossa α-aminohappojen biosynteesin aikana . Prosessi etenee additio-pilkkomiskaavion mukaisesti ja koostuu a-aminohappojen saamiseksi aldehydeistä ja ketoneista muodostamalla välituote - imiini , joka sitten pelkistetään amiiniksi.

Redox-potentiaali

Biokemiassa termiä pelkistysekvivalentti käytetään usein tarkoittamaan yhtä elektroniekvivalenttia, joka on siirretty luovuttajalta vastaanottajalle ( elektroni tai elektroni ja protoni jne.) . Tämä termi ei kerro mitään siitä, mitä tarkalleen siirretään - elektroni sellaisenaan, vetyatomi , hydridi-ioni (H-), tai tapahtuuko siirto reaktiossa hapen kanssa , mikä johtaa hapettuneen tuotteen muodostumiseen.

Pelkistimen kyky luovuttaa elektroneja hapettavalle aineelle ilmaistaan ​​redox-potentiaalin (standardipelkistyspotentiaalin) tai redox-potentiaalin arvona. Redox-potentiaali määritetään mittaamalla sähkömotorinen voima (emf) voltteina, joka esiintyy puolikennossa, jossa pelkistävä aine ja hapetin , joita on pitoisuuksina 1 mol / l lämpötilassa 25 °C ja pH 7,0 tasapainossa elektrodin kanssa, joka pystyy ottamaan vastaan ​​elektroneja pelkistimestä ja siirtämään ne hapettavalle aineelle. Reaktion redox-potentiaali otettiin standardiksi

H2 2H+ + 2e, joka vetykaasun paineessa 1 atmosfääri H+-ionien pitoisuudessa 1 mol/l (vastaa pH=0) ja 25 °C:ssa on ehdollisesti nolla. Biokemiallisten laskelmien standardiksi otetun pH-arvon olosuhteissa, eli pH:ssa 7,0, vetyelektrodin (H2 - 2H + -järjestelmä) redox-potentiaali (Eo´) on -0,42 V.

Tässä ovat redox-potentiaalin (Eo') arvot joillekin redox-pareille, joilla on tärkeä rooli elektronien siirrossa biologisissa järjestelmissä:

Pelkistävä aine Hapettaja Eo, V
H 2 2H + - 0,42
YLI • H + H + YLI + - 0,32
NADP • H + H + NADP + - 0,32
Flavoproteiini (palautettu) Flavoproteiini (hapetettu) - 0,12
Koentsyymi Q • H 2 Koentsyymi Q + 0,04
Sytokromi B (Fe 2+ ) Sytokromi B (Fe 3+ ) + 0,07
Sytokromi C1 (Fe 2+ ) Sytokromi C1 (Fe 3+ ) + 0,23
Sytokromi A (Fe 2+ ) Sytokromi A (Fe 3+ ) + 0,29
Sytokromi A3 (Fe 2+ ) Sytokromi A3 (Fe 3+ ) +0,55
H2O _ _ ½ O 2 + 0,82

Järjestelmällä, jolla on negatiivisempi redox-potentiaali, on suurempi kyky luovuttaa elektroneja järjestelmälle, jolla on positiivisempi redox-potentiaali. Esimerkiksi NAD • H / NAD + -pari , jonka redox-potentiaali on -0,32 V , luovuttaa elektroninsa redox-parille flavoproteiini (pelkistetty) / flavoproteiini (hapetettu), jonka potentiaali on -0,12 V, se on positiivisempaa. Redox-parin vesi/happi-pelkistyspotentiaalin suuri positiivinen arvo (+0,82 V) osoittaa, että tällä parilla on erittäin heikko kyky luovuttaa elektroneja (eli kyky muodostaa molekyylistä happea). Muuten voidaan sanoa, että molekyylihapella on erittäin korkea affiniteetti elektroneihin tai vetyatomeihin.

Kirjallisuus

Linkit

Muistiinpanot

  1. ↑ IUPAC Gold Book - alennus . Haettu 16. elokuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 17. elokuuta 2013.
  2. ↑ IUPAC Gold Book - hapetus . Haettu 16. elokuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 17. elokuuta 2013.
  3. ↑ Glinka N. L. Yleinen kemia. - Leningrad: Kemia, 1985. - S. 257.
  4. ↑ Silverstein TP :n hapetus ja pelkistys: liian monta määritelmää?  (englanniksi)  // J. Chem. Educ. - 2011. - Vol. 88 , no. 3 . - s. 279-281 . - doi : 10.1021/ed100777q .
  5. ↑ Hudlicky, 1984 , s. XV.