Recuperare (chimie)

Restaurarea , în chimie , este procesul prin care [1] [2] [3] :

Dintre cele trei definiții ale restaurării date, a treia a apărut prima (mijlocul secolului al XIX-lea), iar prima și a doua au apărut în anii 1920. În prezent, se exprimă opinii că a doua definiție este cea mai generală și este potrivită pentru toate procesele de recuperare. A treia definiție este considerată cea mai convenabilă pentru recunoașterea calitativă a reacțiilor redox , de exemplu, în chimia organică , unde este mai ușor de observat apariția sau dispariția hidrogenului decât o modificare a stărilor de oxidare fracționată a atomilor de carbon [4] .

Recuperare în chimie anorganică

Un atom sau ion care acceptă electroni se numește agent oxidant ; numită și substanță, care include astfel de atomi sau ioni. Agenții de oxidare includ multe substanțe simple nemetalice ( de exemplu, F2 ,, Br2 , I2 , O2 , O3 , S ) , ai căror atomi atașează electroni.

Recuperare în chimie organică

Primii agenți reducători cunoscuți din chimia organică, a căror utilizare a început din anii 1840, sunt zincul , fierul și hidrogenul sulfurat . Dezvoltarea acestui domeniu de reacții organice a început cu două descoperiri importante: în 1897 s-a propus hidrogenarea catalitică , iar în 1947, reducerea cu hidruri metalice . Fiecare dintre aceste reacții necesită aproximativ un sfert din toate metodele de reducere, iar jumătatea rămasă sunt reducerea electrochimică, reducerea cu metale, săruri metalice, substanțe organice și anorganice [5] .

Reacții de reducere în chimia bioorganică

În chimia bioorganică , reacțiile de reducere sunt de mare importanță, care sunt parte integrantă a diferitelor procese biochimice din sistemele biologice și sunt utilizate în industrie pentru sinteza compușilor bioorganici valoroși.

În sistemele biologice , diferite coenzime joacă rolul unui donator de hidrogen , de exemplu, NAD H, NADP H și FAD H2.

În organism , apar adesea reacții de reducere a diferiților compuși care conțin azot, de exemplu, nitrili și amide ale acizilor carboxilici, în urma cărora se formează amine primare :

R-CN + 2H2 → R- CH2 - NH2 nitrilamina RC (= O) -NH 2 + 2H 2 → R-CH 2 -NH 2 + Nytsvytsvyaya 2 O amidă amină

Unele produse alimentare viu colorate pot conține coloranți pe bază de anilină . Consumul constant de astfel de produse poate duce la consecințe grave, deoarece anilina prezintă o activitate biochimică ridicată ; intrând în reacții, formează diferiți compuși toxici în corpul uman . Producția industrială de anilină din nitrobenzen este o reacție tipică de reducere (mai bine cunoscută ca reacția Zininei ):

C 6 H 5 -NO 2 + H 2 , Ni → C 6 H 5 -NH 2 nitrobenzen anilină

Unul dintre participanții la procesele de reducere enzimatică este un derivat al 1,4-dihidropiridină-NADH, care, atunci când este redus, formează NAD + în diferite reacții redox, ca parte a unor cicluri complexe precum ciclul Krebs , ciclul Calvin etc. De exemplu, cu participarea NADH, se realizează în reacția in vivo pentru conversia aldehidelor în alcooli :

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

În general, reducerea compușilor carbonilici ( aldehide , cetone , esteri ) duce la formarea alcoolilor corespunzători:

RC(=O)-H + [H] → R-CH2- OH aldehidă alcool primar RC(=O)-R^ + [H] → R-CH(OH)-R^ cetonă alcool secundar RC(=O)-OR^ + [H] → R-CH2- OH + R^OH ester alcool primar

Un loc proeminent în chimia bioorganică este ocupat de reducerea monozaharidelor (aldoză, cetoză). Reducerea aldozei produce un singur poliol, în timp ce cetoza este un amestec de doi polioli. De exemplu, reducerea D-fructozei cu borohidrură de sodiu ( ) produce D-glucit ( sorbitol ) și D - manitol .

Reacția de aminare reductivă este importantă , care are loc în organism în timpul biosintezei α-aminoacizilor. Procesul se desfășoară conform schemei de adiție-clivaj și constă în obținerea de α-aminoacizi din aldehide și cetone cu formarea unui produs intermediar - imină , care este apoi redusă la o amină.

Potential redox

În biochimie , termenul de echivalent de reducere este adesea folosit pentru a se referi la un echivalent de electroni transferat de la un donor la un acceptor ( electron , sau un electron și un proton etc.) . Acest termen nu spune nimic despre ce anume este transferat - un electron ca atare, un atom de hidrogen , un ion hidrură (H-) sau dacă transferul are loc într-o reacție cu oxigenul , ducând la formarea unui produs oxidat .

Capacitatea unui agent reducător de a dona electroni unui agent oxidant este exprimată prin valoarea potențialului redox (potențial de reducere standard) sau potențial redox. Potențialul redox este determinat prin măsurarea forței electromotoare (emf) în volți care apare într-o semicelulă în care un agent reducător și un agent oxidant , prezente la concentrații egale cu 1 mol / litru la 25°C și pH 7,0, sunt în echilibru cu electrodul, capabil să accepte electroni de la agentul reducător și să îi transfere la agentul de oxidare. Potențialul redox al reacției a fost adoptat ca standard

H2 2H+ + 2e, care la o presiune a hidrogenului gazos de 1 atmosferă la o concentrație de ioni H+ egală cu 1 mol/litru (corespunzător pH=0) și la 25 °C se ia în mod condiționat ca zero. În condițiile valorii pH adoptate ca standard pentru calculele biochimice, adică la pH 7,0, potențialul redox (Eo´) al electrodului de hidrogen (sistem H2 - 2H +) este - 0,42 V.

Iată valorile potențialului redox (Eo') pentru unele perechi redox care joacă un rol important în transferul de electroni în sistemele biologice:

Agent de reducere Oxidant Eo', V
H 2 2H + - 0,42
PESTE • H + H + Peste + - 0,32
NADP • H + H + NADP + - 0,32
Flavoproteină (restaurată) Flavoproteine ​​(oxidate) - 0,12
Coenzima Q • H 2 Coenzima Q + 0,04
Citocromul B (Fe2 + ) Citocromul B (Fe3 + ) + 0,07
Citocromul C1 (Fe2 + ) Citocromul C1 (Fe3 + ) + 0,23
Citocromul A (Fe2 + ) Citocromul A(Fe3 + ) + 0,29
Citocromul A3 (Fe2 + ) Citocromul A3 (Fe3 + ) +0,55
H2O _ _ ½ O 2 + 0,82

Un sistem cu un potențial redox mai negativ are o capacitate mai mare de a dona electroni unui sistem cu un potențial redox mai pozitiv. De exemplu, o pereche de NAD • H / NAD + , al cărei potențial redox este de -0,32 V , își va dona electronii perechii redox flavoproteină (redusă) / flavoproteină (oxidată), care are un potențial de -0,12 V, asta e mai pozitiv. O valoare pozitivă mare a potențialului redox al perechii redox apă/oxigen (+0,82 V) indică faptul că această pereche are o capacitate foarte slabă de a dona electroni (adică capacitatea de a forma oxigen molecular). Altfel, putem spune că oxigenul molecular are o afinitate foarte mare pentru electroni sau atomii de hidrogen.

Literatură

Link -uri

Note

  1. ↑ Cartea de aur IUPAC - reducere . Preluat la 16 august 2013. Arhivat din original la 17 august 2013.
  2. ↑ Cartea de aur IUPAC - oxidare . Preluat la 16 august 2013. Arhivat din original la 17 august 2013.
  3. ↑ Glinka N. L. Chimie generală. - Leningrad: Chimie, 1985. - S. 257.
  4. ↑ Oxidarea și reducerea Silverstein TP : prea multe definiții? (engleză)  // J. Chem. Educ. - 2011. - Vol. 88 , nr. 3 . - P. 279-281 . - doi : 10.1021/ed100777q . 
  5. ↑ Hudlicky, 1984 , p. XV.