Реактив Фентона

Реагент Фентона представляет собой раствор перекиси водорода (H 2 O 2) с двухвалентным железом (обычно сульфатом железа (II), FeSO 4) в качестве катализатора, который используется для окисления загрязнителей или сточных вод. Реагент Фентона можно использовать для разрушения органических соединений, таких как трихлорэтилен (TCE) и тетрахлорэтилен (перхлорэтилен, PCE). Он был разработан в 1890-х годах Генри Джоном Хорстманом Фентоном как аналитический реагент.

• 1 Обзор
• 2 Влияние pH на образование свободных радикалов
• 3 Биомедицинские последствия
• 4 См. Также
• 5 ссылки
• 6 Дальнейшее чтение
• 7 Внешние ссылки

Железо (II) окисляется перекисью водорода до железа (III), образуя гидроксильный радикал и гидроксид-ион. Затем железо (III) восстанавливается до железа (II) другой молекулой перекиси водорода, образуя гидропероксильный радикал и протон. Конечный эффект - это диспропорционирование перекиси водорода с образованием двух различных форм кислородных радикалов с водой (H ⁺  + OH ^-) в качестве побочного продукта.

Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + HO • + OH -

( 1)

Fe 3+ + H 2 O 2 → Fe 2+ + HOO • + H +

( 2)

2 H 2 O 2 → HO • + HOO • + H 2 O

( чистая реакция: 1 + 2)

Эти свободные радикалы, генерируемые этот процесс, то участвовать в вторичных реакциях. Например, гидроксил - мощный неизбирательный окислитель. Окисление органического соединения реактивом Фентона является быстрым и экзотермическим и приводит к окислению загрязняющих веществ в основном до диоксида углерода и воды.

Реакция ( 1) была предложена Габером и Вейссом в 1930-х годах как часть того, что впоследствии стало реакцией Габера – Вейсса.

Сульфат железа (II) обычно используется в качестве железного катализатора. Точные механизмы окислительно-восстановительного цикла не определены, также были предложены не-ОН • окислительные механизмы органических соединений. Следовательно, может быть целесообразно широко обсудить химию Фентона, а не конкретную реакцию Фентона.

В электрохимическом процессе Фентона перекись водорода производится in situ в результате электрохимического восстановления кислорода.

Реагент Фентона также используется в органическом синтезе для гидроксилирования из аренов в радикальной заместительной реакции, такие как классические конверсии бензола в фенол.

С 6 Н 6 + FeSO 4 + Н 2 О 2 → С 6 Н 5 ОН

( 3)

Реакция гидроксилирования примера включает в себя окисление в барбитуровой кислоте к аллоксану. Другое применение реагента в органическом синтезе - реакции сочетания алканов. Например, трет- бутанол димеризуется реактивом Фентона и серной кислотой до 2,5-диметил-2,5-гександиола. Реактив Фентона также широко используется в области экологии для очистки воды и восстановления почв. Сообщалось, что различные опасные сточные воды эффективно разлагаются с помощью реактива Фентона.

pH влияет на скорость реакции по разным причинам. При низком pH также происходит комплексообразование с Fe ²⁺, что снижает доступность Fe ²⁺ для образования реактивных окислительных частиц (OH •). Более низкий pH также приводит к улавливанию ^• OH избытком H ⁺, следовательно, к снижению скорости его реакции. В то время как при высоком pH реакция замедляется из-за осаждения Fe (OH) 3, что снижает концентрацию частиц Fe ³⁺ в растворе. Растворимость железа напрямую зависит от pH раствора. Fe ³⁺ примерно в 100 раз менее растворим, чем Fe ²⁺ в природной воде при pH, близком к нейтральному, концентрация ионов трехвалентного железа является ограничивающим фактором скорости реакции. В условиях высокого pH также нарушается стабильность H 2 O 2, что приводит к его саморазложению. Более высокий pH также снижает окислительно-восстановительный потенциал ^• OH, тем самым снижая его эффективность. pH играет решающую роль в образовании свободных радикалов и, следовательно, в эффективности реакции. Таким образом, продолжаются исследования, направленные на оптимизацию pH и среди других параметров для увеличения скорости реакции.

Реакция Фентона имеет разные значения в биологии, потому что она включает образование свободных радикалов химическими соединениями, которые естественным образом присутствуют в клетке в условиях in vivo. Ионы переходных металлов, такие как железо и медь, могут отдавать или принимать свободные электроны через внутриклеточные реакции и, таким образом, вносить свой вклад в образование или, в противоположность, улавливание свободных радикалов. Ионы супероксида и переходные металлы действуют синергетически, вызывая повреждения, вызванные свободными радикалами. Следовательно, 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.

• Молекулы, выделяющие монооксид углерода

1. ^ Koppenol, WH (1993). «Столетие реакции Фентона». Свободная радикальная биология и медицина. 15 (6): 645–651. DOI : 10.1016 / 0891-5849 (93) 90168-Т. ISSN   0891-5849. PMID   8138191.
2. ^ Фентон HJH (1894). «Окисление винной кислоты в присутствии железа». J. Chem. Soc., Trans. 65 (65): 899–911. DOI : 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. ^ Цай, QQ; Jothinathan, L.; Дэн, Ш; Онг, SL; Ng, HY; Ху, JY (2021-01-01), Шах, Маулин П. (редактор), «11 - Процессы AOP на основе фентона и озона для обработки промышленных сточных вод», Advanced Oxidation Processes for Effluent Treatment Plants, Elsevier, pp. 199-254, DOI : 10.1016 / b978-0-12-821011-6.00011-6, ISBN   978-0-12-821011-6, получено 2021-04-08
5. ^ Haber, F.; Вайс, Дж. (1932). "Uber die katalyse des hydroperoxydes" [О катализе гидропероксидов]. Naturwissenschaften. 20 (51): 948–950. Bibcode : 1932NW..... 20..948H. DOI : 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. DOI : 10.1021 / es0498787. PMID   15819245.
7. ^ Brömme HJ, Morke W, E Пешке (ноябрь 2002). «Превращение барбитуровой кислоты в аллоксан гидроксильными радикалами: взаимодействие с мелатонином и другими акцепторами гидроксильных радикалов». J. Pineal Res. 33 (4): 239–47. DOI : 10.1034 / j.1600-079X.2002.02936.x. PMID   12390507. S2CID   30242100.
8. ^ EL Jenner (1973). «α, α, α ', α'-Тетраметилтетраметиленгликоль». Органический синтез. ; Сборник, 5, с. 1026
9. ^ Цай, QQ; Ли, BCY; Онг, SL; Ху, JY (2021-02-15). «Технологии Fenton с псевдоожиженным слоем для очистки стойких промышленных сточных вод - последние достижения, проблемы и перспективы». Водные исследования. 190: 116692. дои : 10.1016 / j.watres.2020.116692. ISSN   0043-1354.
10. ^ Сюй, Сян-Жун; Ли, Сяо-Янь; Ли, Сян-Чжун; Ли, Хуа-Бин (2009-08-05). «Разложение мелатонина УФ, УФ / H2O2, Fe2 + / H2O2 и УФ / Fe2 + / H2O2 процессов». Технология разделения и очистки. 68 (2): 261–266. DOI : 10.1016 / j.seppur.2009.05.013. ISSN   1383-5866.
11. ^ Тан, WZ; Хуанг, КП (1996-12-01). «Кинетика окисления 2,4-дихлорфенола реагентом Фентона». Экологические технологии. 17 (12): 1371–1378. DOI : 10.1080 / 09593330.1996.9618465. ISSN   0959-3330.
12. ^ Цай, QQ; Ли, BCY; Онг, SL; Ху, JY (2021-02-15). «Технологии Fenton с псевдоожиженным слоем для очистки стойких промышленных сточных вод - последние достижения, проблемы и перспективы». Водные исследования. 190: 116692. дои : 10.1016 / j.watres.2020.116692. ISSN   0043-1354.
13. ^ Шпиркович, Лидия; Жуццолино, Клаудиа; Каул, Сантош Н. (июнь 2001 г.). «Сравнительное исследование окисления дисперсных красителей электрохимическим способом, озоном, гипохлоритом и реагентом фентона». Водные исследования. 35 (9): 2129–2136. DOI : 10.1016 / s0043-1354 (00) 00487-5. ISSN   0043-1354.
14. ↑ Величкова, Филипа; Дельмас, Анри; Жулькур, Карин; Куманова, Богдана (28.06.2016). «Гетерогенное окисление фентона и фото-фентона для удаления парацетамола с использованием железосодержащего цеолита ZSM-5 в качестве катализатора». Журнал Айше. 63 (2): 669–679. DOI : 10.1002 / aic.15369. ISSN   0001-1541.
15. ^ Цай, Циньцин; Ли, Брэндон Чуан Йи; Онг, Сай Леонг; Ху, Цзянъён (2021-01-14). «Применение многоцелевой искусственной нейронной сети (ИНС) в промышленной обработке концентрата обратного осмоса с помощью процесса Фентона в псевдоожиженном слое: прогнозирование производительности и оптимизация процесса». ACS ESamp;T Water. DOI : 10.1021 / acsestwater.0c00192.
16. ^ Матавос-Арамян, S; Муссави, М; Матавос-Арамян, Н; Розхош, С (2017). «Обеззараживание воды, зараженной криптоспоридием, с помощью нового процесса Фентона». Свободная радикальная биология и медицина. 106: 158–167. DOI : 10.1016 / j.freeradbiomed.2017.02.030. PMID   28212822. S2CID   3918519.
17. ^ Роббинс и Котран (2008). Патологическая основа болезни (7-е изд.). Эльзевир. п. 16. ISBN   9780808923022.
18. ^ Lapointe, Марк (2004-01-01). «Добавки железа в отделении интенсивной терапии: когда, в каком количестве и каким путем?». Критическая помощь. 8 (2): S37–41. DOI : 10.1186 / cc2825. ISSN   1364-8535. PMC   3226152. PMID   15196322.

• Гольдштейн Сара; Мейерштейн Дэн; Чапски Гидон (1993). «Реагенты Фентона». Свободная радикальная биология и медицина. 15 (4): 435–445. DOI : 10.1016 / 0891-5849 (93) 90043-Т. PMID   8225025.
• Барбусинский К. (2009). «Реакция Фентона - Противоречие относительно химии». Экологическая химия и инженерия, Том 16, № 3, стр. 347–358.

• Справочная библиотека по применению перекиси
• Компании, использующие реагент Фентона для химической реабилитации: ORIN