Jump to content

реактив Фентона

(Перенаправлено из реакции Фентона )

Реагент Фентона представляет собой раствор перекиси водорода (H 2 O 2 ) и железного катализатора (обычно сульфата железа (II) , FeSO 4 ). [ 1 ] Он используется для окисления загрязняющих веществ или сточных вод в рамках усовершенствованного процесса окисления . Реактив Фентона можно использовать для разрушения органических соединений, таких как трихлорэтилен и тетрахлорэтилен (перхлорэтилен). Он был разработан в 1890-х годах Генри Джоном Хорстманом Фентоном в качестве аналитического реагента. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Железо(II) окисляется перекисью водорода до железа(III) , образуя гидроксильный радикал и гидроксид-ион при этом . Затем железо(III) восстанавливается обратно до железа(II) с помощью другой молекулы перекиси водорода, образуя гидропероксильный радикал и протон . Конечным эффектом является диспропорция перекиси водорода с образованием двух разных видов кислородных радикалов с водой ( H + + ОН ) как побочный продукт. [ 5 ]

Фе 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + ТО + ОН ( 1 )
Фе 3+ + H 2 O 2 → Fe 2+ + ТАМ + Ч + ( 2 )
2 Н 2 О 2 → НО + ТАМ + Н 2 О ( чистая реакция: 1+2 )

образующиеся Свободные радикалы, в результате этого процесса, участвуют во вторичных реакциях. Например, гидроксил является мощным неселективным окислителем. [ 6 ] Окисление органического соединения реагентом Фентона является быстрым и экзотермическим и приводит к окислению загрязняющих веществ в первую очередь до углекислого газа и воды.

Реакция ( 1 ) была предложена Хабером и Вайсом в 1930-х годах как часть того, что впоследствии стало реакцией Хабера-Вайса . [ 7 ]

сульфат железа(II) В качестве железного катализатора обычно используют . Точные механизмы окислительно-восстановительного цикла неясны, и не-OH Были также предложены механизмы окисления органических соединений. [ нужна ссылка ] Поэтому может быть целесообразным широко обсудить химию Фентона, а не конкретную реакцию Фентона .

В процессе электро-Фентона перекись водорода производится на месте в результате электрохимического восстановления кислорода. [ 8 ]

Реагент Фентона также используется в органическом синтезе для гидроксилирования аренов , в реакциях радикального замещения таких как классическое превращение бензола в фенол .

C 6 H 6 + FeSO 4 + H 2 O 2 → C 6 H 5 OH + (побочные продукты) ( 3 )

Пример реакции гидроксилирования включает окисление барбитуровой кислоты до аллоксана . [ 9 ] Другое применение реагента в органическом синтезе - реакции сочетания алканов. Например, трет -бутанол димеризуется с помощью реактива Фентона и серной кислоты до 2,5-диметил-2,5-гександиола. [ 10 ] Реагент Фентона также широко используется в области науки об окружающей среде для очистки воды и восстановления почв . Сообщалось, что различные опасные сточные воды эффективно разлагаются с помощью реагента Фентона. [ 11 ]

Влияние pH на образование свободных радикалов

[ редактировать ]

pH влияет на скорость реакции по ряду причин. При низком pH происходит комплексообразование Фе 2+ также происходит, что приводит к снижению доступности Фе 2+ с образованием реактивных окислительных частиц (OH ). [ 12 ] Более низкий pH также приводит к удалению ой, избыток ЧАС + , [ 13 ] следовательно, снижается скорость его реакции. Тогда как при высоком pH реакция замедляется из-за осаждения Fe(OH) 3 , снижая концентрацию Фе 3+ виды в растворе. [ 11 ] Растворимость раствора соединений железа напрямую зависит от pH . Фе 3+ примерно в 100 раз менее растворим, чем Фе 2+ в природной воде при pH, близком к нейтральному, концентрация ионов трехвалентного железа является лимитирующим фактором скорости реакции. В условиях высокого pH также нарушается стабильность H 2 O 2 , что приводит к его саморазложению. [ 14 ] Более высокий pH также снижает -восстановительный потенциал окислительно ОН тем самым снижая его эффективность. [ 15 ] pH играет решающую роль в образовании свободных радикалов и, следовательно, в эффективности реакции. Таким образом, продолжаются исследования по оптимизации pH и других параметров для повышения скорости реакции. [ 16 ]

Влияние рабочего pH на скорость реакции
Низкий pH Образование [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ комплекс, следовательно, уменьшая Fe 2+ для радикального поколения
Уборка OH избытком H +
Высокий pH Более низкий окислительно-восстановительный потенциал ОЙ
Саморазложение H 2 O 2 из-за снижения стабильности при высоком pH.
Осаждение частиц Fe(OH) 3 в растворе

Биомедицинские последствия

[ редактировать ]

Реакция Фентона имеет различные последствия в биологии, поскольку она включает образование свободных радикалов химическими веществами, естественным образом присутствующими в клетке в условиях in vivo . [ 17 ] Ионы переходных металлов, такие как железо и медь, могут отдавать или принимать свободные электроны посредством внутриклеточных реакций и, таким образом, способствовать образованию или, наоборот, улавливанию свободных радикалов . Ионы супероксида и переходные металлы действуют синергетически, вызывая повреждения свободными радикалами. [ 18 ] Таким образом, хотя клиническое значение до сих пор неясно, это одна из реальных причин избегать приема добавок железа у пациентов с активными инфекциями, тогда как другие причины включают инфекции, опосредованные железом. [ 19 ]

Приложения

[ редактировать ]

Реагент Фентона используется в качестве средства очистки сточных вод. [ 20 ]

Реагент Фентона можно использовать в различных химических процессах, которые поставляют гидроксильные ионы или окисляют определенные соединения: [ нужна ссылка ]

Фентон-подобный реагент

[ редактировать ]

Смеси Фе 2+ и H 2 O 2 называются реагентом Фентона. Если Фе 2+ заменяется на Фе 3+ , его называют реагентом типа Фентона.

Многочисленные ионы переходных металлов и их комплексы в низших степенях окисления ( ЛмМн + ) обладают окислительными свойствами реагента Фентона, и, следовательно, смеси этих соединений металлов с H 2 O 2 были названы «фентоноподобными» реагентами. [ 21 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Хемонд, Гарольд (2015). Химическая судьба и перенос в окружающей среде (3-е изд.). Эльзевир. п. 287. ИСБН  9780123982568 .
  2. ^ Коппенол, WH (1 декабря 1993 г.). «Столетие реакции Фентона». Свободнорадикальная биология и медицина . 15 (6): 645–651. дои : 10.1016/0891-5849(93)90168-т . ПМИД   8138191 .
  3. ^ Фентон, HJH (1894). «Окисление винной кислоты в присутствии железа» . Журнал Химического общества, Сделки . 65 (65): 899–911. дои : 10.1039/ct8946500899 .
  4. ^ Хайян, М.; Хашим, Массачусетс; Аль Нашеф, IM (2016). «Супероксид-ион: образование и химическое значение» . Химические обзоры . 116 (5): 3029–3085. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00407 . ПМИД   26875845 .
  5. ^ Тан, Чжунминь; Чжао, Пейран; Ван, Хан; Лю, Яньян; Бу, Вэньбо (2021). «Биомедицина встречает химию Фентона». Химические обзоры . 121 (4): 1981–2019. doi : 10.1021/acs.chemrev.0c00977 . ПМИД   33492935 . S2CID   231712587 .
  6. ^ Кай, QQ; Джотинатан, Л.; Дэн, SH; Онг, СЛ; Нг, HY; Ху, JY (2021). «Процессы АОП на основе фентона и озона для очистки промышленных сточных вод». Усовершенствованные процессы окисления для очистных сооружений . стр. 199–254. дои : 10.1016/b978-0-12-821011-6.00011-6 . ISBN  978-0-12-821011-6 . S2CID   224976088 .
  7. ^ Хабер, Ф.; Вайс, Дж. (1932). «О катализе гидропероксидов». естественные науки . 20 (51): 948–950. Бибкод : 1932NW.....20..948H . дои : 10.1007/BF01504715 . S2CID   40200383 .
  8. ^ Касадо, Хуан; Форнагера, Хорди; Галан, Мария И. (январь 2005 г.). «Минерализация ароматических веществ в воде с помощью электрофентоновой технологии с использованием солнечного света в пилотном реакторе» . Экологические науки и технологии . 39 (6): 1843–1847. Бибкод : 2005EnST...39.1843C . дои : 10.1021/es0498787 . ПМИД   15819245 .
  9. ^ Бромме, Х.Ю.; Мёрке, В.; Пешке, Э. (ноябрь 2002 г.). «Превращение барбитуровой кислоты в аллоксан гидроксильными радикалами: взаимодействие с мелатонином и другими поглотителями гидроксильных радикалов». Журнал исследований шишковидной железы . 33 (4): 239–247. дои : 10.1034/j.1600-079X.2002.02936.x . ПМИД   12390507 . S2CID   30242100 .
  10. ^ Дженнер, Эл. (1973). «α,α,α’,α’-Тетраметилтетраметиленгликоль» . Органические синтезы ; Сборник томов , т. 5, с. 1026 .
  11. ^ Jump up to: а б Кай, QQ; Ли, Британский Колумбийский университет; Онг, СЛ; Ху, JY (15 февраля 2021 г.). «Технологии Фентона с псевдоожиженным слоем для очистки упорных промышленных сточных вод – последние достижения, проблемы и перспективы». Исследования воды . 190 : 116692. Бибкод : 2021WatRe.19016692C . дои : 10.1016/j.watres.2020.116692 . ПМИД   33279748 . S2CID   227523802 .
  12. ^ Сюй, Сян-Ронг; Ли, Сяо-Янь; Ли, Сян-Чжун; Ли, Хуа-Бин (5 августа 2009 г.). «Разложение мелатонина под действием УФ, УФ/H 2 O 2 , Fe» . 2+ /H 2 O 2 и УФ/Fe 2+ /H 2 O 2 процессов». Технология разделения и очистки . 68 (2): 261–266. doi : 10.1016/j.seppur.2009.05.013 .
  13. ^ Тан, WZ; Хуанг, КП (1 декабря 1996 г.). «Кинетика окисления 2,4-дихлорфенола реагентом Фентона». Экологические технологии . 17 (12): 1371–1378. Бибкод : 1996EnvTe..17.1371T . дои : 10.1080/09593330.1996.9618465 .
  14. ^ Шпиркович, Лидия; Джуццолино, Клаудия; Каул, Сантош Н. (1 июня 2001 г.). «Сравнительное исследование окисления дисперсных красителей электрохимическим процессом озоном, гипохлоритом и реагентом фентона». Исследования воды . 35 (9): 2129–2136. Бибкод : 2001WatRe..35.2129S . дои : 10.1016/s0043-1354(00)00487-5 . ПМИД   11358291 .
  15. ^ Величкова, Филиппа; Дельмас, Анри; Жюлькур, Карин; Куманова, Богдана (2017). «Гетерогенное окисление фентона и фотофентона для удаления парацетамола с использованием железосодержащего цеолита ZSM-5 в качестве катализатора» (PDF) . Журнал Айше . 63 (2): 669–679. дои : 10.1002/aic.15369 .
  16. ^ Цай, Циньцин; Ли, Брэндон Чуан Йи; Онг, Сай Леонг; Ху, Цзянъюн (9 апреля 2021 г.). «Применение многокритериальной искусственной нейронной сети (ИНС) при обработке промышленного концентрата обратного осмоса с помощью процесса Фентона с псевдоожиженным слоем: прогнозирование производительности и оптимизация процесса». АСУ ЭСиТ Вода . 1 (4): 847–858. doi : 10.1021/acsestwater.0c00192 . S2CID   234110033 .
  17. ^ Матавос-Арамян С.; Мусави, М.; Матавос-Арамян, Х.; Рузхош, С. (2017). «Дезинфекция воды, загрязненной криптоспоридиями, с помощью нового процесса Фентона». Свободнорадикальная биология и медицина . 106 : 158–167. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2017.02.030 . ПМИД   28212822 . S2CID   3918519 .
  18. ^ Роббинс; Котран (2008). Патологическая основа заболевания (7-е изд.). Эльзевир. п. 16. ISBN  978-0-8089-2302-2 .
  19. ^ Лапуант, Марк (14 июня 2004 г.). «Добавки железа в отделении интенсивной терапии: когда, сколько и каким путем?» . Критическая помощь . 8 (2): С37-41. дои : 10.1186/cc2825 . ПМК   3226152 . ПМИД   15196322 .
  20. ^ Чен, Ян-Джанг; Фань, Тан-Ю; Ван, Ли-Панг; Ченг, Та-Вуй; Чен, Шиао-Шин; Юань, Мин-Хао; Ченг, Шикун (18 февраля 2020 г.). «Применение метода Фентона для удаления органических веществ из осадка сточных вод при комнатной температуре» . Устойчивость . 12 (4): 1518. doi : 10.3390/su12041518 . ISSN   2071-1050 .
  21. ^ Гольдштейн, С.; Мейерштейн, Д.; Чапский, Г. (октябрь 1993 г.). «Реактивы Фентона» . С. Гольдштейн и др. Свободный Радик Биол Мед . 15 (4): 435–445. дои : 10.1016/0891-5849(93)90043-т . ПМИД   8225025 . Проверено 19 ноября 2023 г.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3f5f9a3eb9200f2dedcf4176c7029f9e__1717709880
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3f/9e/3f5f9a3eb9200f2dedcf4176c7029f9e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Fenton's reagent - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)