Szuperoxid
| Szuperoxid | |
 | |
| IUPAC-név | Szuperoxid |
| Szabályos név | Dioxidán-2-ilid |
| Más nevek | Hiperoxid, Dioxid(1−) |
| Kémiai azonosítók | |
|---|---|
| CAS-szám | 11062-77-4 |
| PubChem | 5359597 |
| ChemSpider | 4514331 |
| KEGG | C00704 |
| ChEBI | 18421 |
| SMILES | O=[O-] |
| InChIKey | MXDZWXWHPVATGF-UHFFFAOYSA-N |
| Gmelin | 487 |
| UNII | 0S9K0E25FL |
| Kémiai és fizikai tulajdonságok | |
| Kémiai képlet | O2 |
| Moláris tömeg | 32,00 g/mol |
| Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak. | |
A szuperoxid szuperoxidiont (O−2) tartalmazó vegyület.[1] Szabályos neve dioxid(1−). E reaktív oxigénszármazék különösen fontos, mivel a kétatomos oxigén egyelektronos redukciójának terméke.[2] A kétatomos oxigén két páratlan elektronnal rendelkezik, a szuperoxid egy elektron hozzáadásának eredménye, mely egy elfajult molekulapályát tölt fel, egy páratlan elektront tartalmazó egyszeresen töltött aniont adva. Mindkettő paramágneses gyök.[3] A szuperoxidot korábban hiperoxidnak is nevezték.[4]
Vegyületek
[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]A szuperoxid alkálifémekkel és -földfémekkel ionos vegyületeket alkot. A cézium-superoxid (CsO2), a rubídium-szuperoxid (RbO2), a kálium-szuperoxid (KO2) és a nátrium-szuperoxid (NaO2) O2 és a megfelelő alkálifém reakciójával állítható elő.[5][6]
Ezek narancssárgák, száraz levegőben stabilak. Vízben oldva a O−2 gyors, pH-függő dizmutációval bomlik:[7]
![{\displaystyle {2\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\vphantom {A}}^{-}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}{\mathchoice {\textstyle {\frac {3}{2}}}{\frac {3}{2}}{\frac {3}{2}}{\frac {3}{2}}}\,\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {OH} {\vphantom {A}}^{-}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/01e872c4fd1e4ec56de8c31837c05e5717d226eb)
E reakció (a kilélegzett levegő nedvességével és szén-dioxid-tartalmával) révén használható a kálium-szuperoxid a kémiai oxigéngenerátorok oxigénforrásaként. A szuperoxidok használatosak tűzoltók oxigéntartályaiban könnyen elérhető oxigénforrásként. Itt a O−2 Brønsted-bázis, először hidroperoxilt (HO2) adva.
A szuperoxid és a hidroperoxil vizes oldatban egyensúlyban vannak:[8]
![{\displaystyle {\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\vphantom {A}}^{-}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightleftharpoons } {}\mathrm {HO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {OH} {\vphantom {A}}^{-}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/433d91f9bc8a146d7d4c881417702569340178c1)
Mivel a hidroperoxil pKa-ja mintegy 4,8,[9] a szuperoxid jellemzően anionként van jelen semleges pH-nál.
A kálium-szuperoxid oldékony dimetil-szulfoxidban (amit a koronaéterek megkönnyítenek), és amíg nem érhetők el protonok, stabil. A szuperoxid aprotikus oldószerekben is előállítható ciklikus voltammetriával.
Szilárd szuperoxidok is bomolhatnak, de ehhez hevítés kell:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {NaO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1875bfc7173cd771dc8744321f0b8c086ffe329a)
Biológia
[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]A szuperoxid és a hidroperoxil gyakran felcserélhetően szerepelnek, de a szuperoxid gyakoribb fiziológiás pH-n. Mindkettő reaktív oxigénszármazék.[3] Kórokozók elölésére hozza létre az immunrendszer. A fagocitákban a szuperoxid nagy részét az NADPH-oxidáz hozza létre patogének oxigéndependens elölésére. Ennek mutációja az immunhiánnyal járó krónikus granulatóma okozója lehet, mely jelentős fertőzésérzékenységgel jár, különösen katalázpozitív baktériumok által. Ezzel szemben a szuperoxid-dizmutáz nélküli baktériumok nem virulensek. A szuperoxid a mitokondriális légzés (különösen az I. és III. komplex) vagy néhány más enzim, például a xantin-oxidáz által létrehozva is káros lehet,[10] amely az oxigénhez való elektrontranszfert katalizálja erősen redukáló környezetben.
Mivel a szuperoxid nagy koncentráció mellett méreg, sok oxigéntartalmú környezetben élő élőlény kifejez SOD-t. Ez hatékonyan katalizálja a szuperoxid bomlását:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {HO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/995a9d65f2879c720eaa114c0d90938562e526c0)
Más, a szuperoxiddal oxidálható vagy redukálható fehérjék, például a hemoglobin gyenge SOD-szerű aktivitással rendelkeznek. A SOD-knockout hibás fenotípusokat adnak, és fontosak a szuperoxid mérgező hatásában in vivo.
A mitokondriális és citoszol-SOD nélküli élesztő kevéssé növekszik levegőn, de jól növekszik anaerob körülmények között. A citoszol-SOD hiánya jelentősen növeli a mutagenezist és a genominstabilitást. A mitokondriális SOD-t (MnSOD) mintegy 21 nappal születés után neurodegeneráció, kardiomiopátia és laktacidózis miatt meghalnak.[10] A citoszol-SOD nélküli egerek életképesek, de élettartamuk kisebb, májrák, izomatrófia, katarakták, thymusinvolutio, hemolitikus anémia és nőstényekben gyors korfüggő termékenységcsökkenés jelenik meg.[10]
A szuperoxid számos betegséghez hozzájárulhat, különösen a sugárbetegséghez és a hiperoxia okozta sérüléshez, valamint feltehetően az általa okozott oxidatív stressz révén. Míg a szuperoxid hatása egyes betegségek patogenezisében erős (például a CuZnSOD vagy a MnSOD nagyobb expressziója jobb ellenállást jelent a stroke-ra és a szívinfarktusra), a szuperoxid és az öregedés kapcsolata nem bizonyított. Modellszervezetekben a CuZnSOD-knockout élettartam-rövidülést és néhány öregedési jel (katarakták, izomatrófia, makuladegeneráció) gyorsulását okozza, de a CuZnSOD-szintek növekedése nem feltétlenül növeli az élettartamot (kivéve a Drosophila esetén).[10] A legelterjedtebb nézet szerint az oxidatív stressz csak egy élettartam-korlátozó tényező a sok közül.
Az oxigén Fe2+-hemmel való reakciója Fe(III)–szuperoxid komplex képződését igényli.[11]
Assayként
[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]A biológiai rendszerekben keletkező szuperoxid assayje nehéz reakciókészsége és gyors bomlása miatt.[12] Egy megközelítés a szuperoxidot peroxiddá redukálja. Ezt fluorimetriásan elemzik.[12]
Szerkezet
[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]A szuperoxidokban az oxigén oxidációs száma −0,5. Míg a kétatomos oxigén 2 páratlan elektront tartalmaz, egy elektron hozzáadása feltölti az egyik elfajult molekulapályát, egy páratlan elwktronnal rendelkező és −1 töltésű iont adva. Mindkét anyag paramágneses gyök.
Az oxigén származékaiban az O–O kötés hossza megfelel a kötés rendjének.
| Oxigénszármazék | Név | O–O távolság (Å) | Kötésrend |
|---|---|---|---|
| O+2 | dioxigenil | 1,12 | 2,5 |
| O2 | Oxigén | 1,21 | 2 |
| O−2 | szuperoxid | 1,28 | 1,5[13] |
| O2−2 | peroxid | 1,49 | 1 |
Jegyzetek
[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]- ↑ Hayyan, M.; Hashim, M.A.; Al Nashef, I.M. (2016). "Superoxide Ion: Generation and Chemical Implications". Chem. Rev. 116 (5): 3029–3085. doi:10.1021/acs.chemrev.5b00407. PMID 26875845.
- ↑ Sawyer, D. T. Superoxide Chemistry, McGraw-Hill, DOI: 10.1036/1097-8542.669650
- 1 2 Valko, M.; Leibfritz, D.; Moncol, J.; Cronin, MTD.; Mazur, M.; Telser, J. (2007. augusztus). "Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease". International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 39 (1): 44–84. doi:10.1016/j.biocel.2006.07.001. PMID 16978905.
- ↑ Hayyan, Maan; Hashim, Mohd Ali; Alnashef, Inas M. (2016). "Superoxide Ion: Generation and Chemical Implications". Chemical Reviews. 116 (5): 3029–3085. doi:10.1021/acs.chemrev.5b00407. PMID 26875845.
- ↑ Holleman, A.F. (2001). Wiberg, Nils (ed.). Inorganic chemistry (1st English ed.). San Diego, CA & Berlin: Academic Press, W. de Gruyter. ISBN 0-12-352651-5.
- ↑ Vernon Ballou, E.; C. Wood, Peter; A. Spitze, LeRoy; Wydeven, Theodore (1977. július 1.). "The_Preparation_of_Calcium_Superoxide_from_Calcium_Peroxide_Diperoxyhydrate". Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development. 16. doi:10.1021/i360062a015.
- ↑ Sablon:Cotton&Wilkinson5th
- ↑ Bielski, Benon H. J.; Cabelli, Diane E.; Arudi, Ravindra L.; Ross, Alberta B. (1985). "Reactivity of HO2/O−2 Radicals in Aqueous Solution". J. Phys. Chem. Ref. Data. 14 (4): 1041–1091. Bibcode:1985JPCRD..14.1041B. doi:10.1063/1.555739.
- ↑ "HO2•: the forgotten radical Abstract" (PDF). 2017. augusztus 8. dátummal az eredeti (PDF) címről archiválva.
- 1 2 3 4 Muller, F. L.; Lustgarten, M. S.; Jang, Y.; Richardson <first4=A.; Van Remmen, H. (2007). "Trends in oxidative aging theories". Free Radic. Biol. Med. 43 (4): 477–503. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. PMID 17640558.
{{cite journal}}: CS1 karbantartás: numerikus név: szerzőfelsorolás (link) - ↑ Yee, Gereon M.; Tolman, William B. (2015). "Chapter 5, Section 2.2.2 Fe(III)-Superoxo Intermediates". In Kroneck, Peter M. H.; Sosa Torres, Martha E. (eds.). Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases. Metal Ions in Life Sciences. Vol. 15. Springer. 141–144. o. doi:10.1007/978-3-319-12415-5_5. PMID 25707468.
- 1 2 Rapoport, R.; Hanukoglu, I.; Sklan, D. (1994. május). "A fluorimetric assay for hydrogen peroxide, suitable for NAD(P)H-dependent superoxide generating redox systems". Anal Biochem. 218 (2): 309–13. doi:10.1006/abio.1994.1183. PMID 8074285. S2CID 40487242.
- ↑ Abrahams, S. C.; Kalnajs, J. (1955). "The Crystal Structure of α-Potassium Superoxide". Acta Crystallographica. 8 (8): 503–506. doi:10.1107/S0365110X55001540.
Fordítás
[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]Ez a szócikk részben vagy egészben a Superoxide című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.