أكسيد فائق
 التركيب لويس للأكسيد الفائق. تظهر الإلكترونات الستة للغلاف الخارجي لكل ذرة أكسجين باللون الأسود؛ زوج واحد من الإلكترونات مشترك (في الوسط)؛ يظهر الإلكترون غير المقترن في أعلى اليسار؛ والإلكترون الإضافي الذي يمنح شحنة سالبة يظهر باللون الأحمر.
| |
| الأسماء | |
|---|---|
| اسم الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية
أكسيد فائق
| |
| الاسم المنهجي للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية
ديوكسيدان-2-إيديليد | |
| أسماء أخرى
فرط الأكسيد، ثاني أكسيد(1−)
| |
| المعرفات | |
| |
نموذج ثلاثي الأبعاد ( JSmol )
|
|
| تشيبي |
|
| كيم سبايدر |
|
| 487 | |
| كيج |
|
معرف PubChem
|
|
| جامعة يوني |
|
| |
| |
| ملكيات | |
| ا-2 | |
| الكتلة المولية | 31.998 جرام مول -1 |
| حمض مترافق | هيدروبيروكسيل |
باستثناء ما هو مذكور خلافًا لذلك، يتم تقديم البيانات للمواد في حالتها القياسية (عند 25 درجة مئوية [77 درجة فهرنهايت]، 100 كيلو باسكال).
مراجع صندوق المعلومات
| |
في الكيمياء ، الأكسيد الفائق هو مركب يحتوي على أيون الأكسيد الفائق ، والذي له الصيغة الكيميائية O-2. [1] الاسم المنهجي للأنيون هو ثاني أكسيد (1-) . أيون الأكسجين التفاعلي فوق أكسيد مهم بشكل خاص كمنتج لاختزال إلكترون واحد لثنائي الأكسجين O 2 ، والذي يحدث على نطاق واسع في الطبيعة. [2] الأكسجين الجزيئي (ثنائي الأكسجين) هو ثنائي الجذر يحتوي على إلكترونين غير مقترنين ، وينتج فوق أكسيد من إضافة إلكترون يملأ أحد المدارين الجزيئيين المتحللين ، تاركًا نوعًا أيونيًا مشحونًا بإلكترون غير مقترن واحد وشحنة سالبة صافية تبلغ -1. كل من ثنائي الأكسجين وأنيون فوق أكسيد عبارة عن جذور حرة تظهر مغناطيسية مسايرة . [3] كان يُعرف فوق أكسيد تاريخيًا أيضًا باسم " فرط أكسيد ". [4]
الأملاح
يشكل فوق الأكسيد أملاحًا مع الفلزات القلوية والفلزات القلوية الترابية . يتم تحضير أملاح فوق أكسيد الصوديوم ( NaO2 ) وفوق أكسيد البوتاسيوم (KO2) وفوق أكسيد الروبيديوم ( RbO2 ) وفوق أكسيد السيزيوم ( CsO2 ) عن طريق تفاعل O2 مع الفلز القلوي المعني. [ 5] [6]
الأملاح القلوية لـ O-2تكون ذات لون برتقالي-أصفر ومستقرة تمامًا، إذا تم حفظها جافة. ومع ذلك، عند إذابة هذه الأملاح في الماء، فإن الأكسجين المذاب-2يخضع للاختلال في التناسب (التحور) بسرعة كبيرة ( بطريقة تعتمد على الرقم الهيدروجيني ): [7]
- 4 ا-2+ 2H2O → 3O2 + 4OH −
هذا التفاعل (مع الرطوبة وثاني أكسيد الكربون في الهواء الزفير) هو أساس استخدام أكسيد البوتاسيوم الفائق كمصدر للأكسجين في مولدات الأكسجين الكيميائية ، مثل تلك المستخدمة في مكوك الفضاء وعلى الغواصات . كما تستخدم أكسيدات البوتاسيوم الفائقة في خزانات الأكسجين لرجال الإطفاء لتوفير مصدر متاح بسهولة للأكسجين. في هذه العملية، يتم إنتاج الأكسجين-2يعمل كقاعدة برونستد ، ويشكل في البداية الجذر البيروكسيلي الهيدروكربوني ( HO2 ).
أنيون الأكسجين الفائق، O-2، وشكلها البروتوني، هيدروبيروكسيل ، في حالة توازن في محلول مائي : [8]
- ا-2+ H 2 O ⇌ HO 2 + OH −
نظرًا لأن جذر البيروكسيل الهيدروكربوني له قيمة pKa تبلغ حوالي 4.8، [9] فإن الأكسجين الفائق يوجد بشكل أساسي في الشكل الأنيوني عند درجة حموضة محايدة.
يذوب أكسيد البوتاسيوم الفائق في ثنائي ميثيل سلفوكسيد (يتم تسهيله بواسطة إيثرات التاج ) ويكون مستقرًا طالما أن البروتونات غير متوفرة. يمكن أيضًا توليد أكسيد البوتاسيوم الفائق في المذيبات غير البروتونية عن طريق الفولتية الدورية .
تتحلل أملاح الأكسجين الفائق أيضًا في الحالة الصلبة، لكن هذه العملية تتطلب التسخين:
- 2 NaO2 → Na2O2 + O2
علم الأحياء
يعد الأكسجين الفائق شائعًا في علم الأحياء، مما يعكس انتشار الأكسجين وسهولة اختزاله. ويشارك الأكسجين الفائق في عدد من العمليات البيولوجية، بعضها له دلالات سلبية، وبعضها له تأثيرات مفيدة. [10]
مثل هيدروبيروكسيل، يتم تصنيف الأكسجين الفائق على أنه نوع أكسجين تفاعلي . [3] يتم إنتاجه بواسطة الجهاز المناعي لقتل الكائنات الحية الدقيقة الغازية . في الخلايا البلعمية ، يتم إنتاج الأكسجين الفائق بكميات كبيرة بواسطة إنزيم أوكسيديز NADPH لاستخدامه في آليات القتل المعتمدة على الأكسجين لمسببات الأمراض الغازية. تسبب الطفرات في الجين المشفر لأوكسيديز NADPH متلازمة نقص المناعة تسمى مرض الحبيبات المزمن ، والتي تتميز بحساسية شديدة للعدوى، وخاصة الكائنات الحية الإيجابية للكاتالاز . في المقابل، تفقد الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيًا لتفتقر إلى إنزيم إزالة الأكسجين الفائق، سوبر أكسيد ديسميوتاز (SOD)، قدرتها على الضراوة . يعتبر الأكسجين الفائق ضارًا أيضًا عند إنتاجه كمنتج ثانوي للتنفس الميتوكوندريا (وخاصة بواسطة المركب الأول والمركب الثالث )، بالإضافة إلى العديد من الإنزيمات الأخرى، على سبيل المثال أوكسيديز الزانثين ، [11] والذي يمكن أن يحفز نقل الإلكترونات مباشرة إلى الأكسجين الجزيئي في ظل ظروف اختزال قوية.
نظرًا لأن الأكسجين الفائق سام عند التركيزات العالية، فإن جميع الكائنات الحية الهوائية تقريبًا تعبر عن SOD. يحفز SOD بكفاءة عدم التناسب بين الأكسجين الفائق:
- 2 HO2 → O2 + H2O2
إن البروتينات الأخرى التي يمكن أكسدتها واختزالها بواسطة الأكسجين الفائق (مثل الهيموجلوبين ) لها نشاط ضعيف يشبه نشاط SOD. إن تعطيل جين SOD (" الخروج ") يؤدي إلى ظهور أنماط ظاهرية ضارة في الكائنات الحية التي تتراوح من البكتيريا إلى الفئران وقد قدمت أدلة مهمة حول آليات سمية الأكسجين الفائق في الجسم الحي.
تنمو الخميرة التي تفتقر إلى SOD الميتوكوندريا والسايتوبلازم بشكل سيئ للغاية في الهواء، ولكنها تنمو بشكل جيد للغاية في ظل الظروف اللاهوائية. يؤدي غياب SOD السيتوبلازمي إلى زيادة كبيرة في الطفرات وعدم الاستقرار الجيني. تموت الفئران التي تفتقر إلى SOD الميتوكوندريا (MnSOD) بعد حوالي 21 يومًا من الولادة بسبب التنكس العصبي واعتلال عضلة القلب والحماض اللبني. [11] الفئران التي تفتقر إلى SOD السيتوبلازمي (CuZnSOD) قابلة للحياة ولكنها تعاني من أمراض متعددة، بما في ذلك انخفاض العمر، وسرطان الكبد ، وضمور العضلات ، وإعتام عدسة العين، وتراجع الغدة الزعترية، وفقر الدم الانحلالي، وانخفاض سريع جدًا في خصوبة الإناث يعتمد على العمر. [11]
قد يساهم الأكسجين الفائق في التسبب في العديد من الأمراض (الدليل قوي بشكل خاص على التسمم الإشعاعي والإصابة بفرط الأكسجين )، وربما أيضًا في الشيخوخة من خلال الضرر التأكسدي الذي يلحقه بالخلايا. في حين أن تأثير الأكسجين الفائق في التسبب في بعض الحالات قوي (على سبيل المثال، الفئران والجرذان التي تفرط في التعبير عن CuZnSOD أو MnSOD أكثر مقاومة للسكتات الدماغية والنوبات القلبية)، يجب اعتبار دور الأكسجين الفائق في الشيخوخة غير مثبت، في الوقت الحالي. في الكائنات النموذجية (الخميرة، ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة، والفئران)، يؤدي القضاء على CuZnSOD وراثيًا إلى تقصير العمر وتسريع بعض سمات الشيخوخة: ( إعتام عدسة العين ، ضمور العضلات ، الضمور البقعي ، وانكماش الغدة الزعترية ). ولكن العكس، زيادة مستويات CuZnSOD، لا يبدو أنه يزيد من العمر باستمرار (ربما باستثناء ذبابة الفاكهة ). [11] الرأي الأكثر قبولًا على نطاق واسع هو أن الضرر التأكسدي (الناتج عن أسباب متعددة، بما في ذلك الأكسجين الفائق) هو مجرد واحد من عدة عوامل تحد من عمر الإنسان.
يتضمن ربط O 2 ببروتينات الهيم المختزلة ( Fe 2+ ) تكوين معقد أكسيد فائق Fe (III). [12]
التحليل في الأنظمة البيولوجية
إن تحليل الأكسيد الفائق في الأنظمة البيولوجية معقد بسبب عمر النصف القصير له. [13] أحد الأساليب التي تم استخدامها في الاختبارات الكمية يحول الأكسيد الفائق إلى بيروكسيد الهيدروجين ، وهو مستقر نسبيًا. ثم يتم تحليل بيروكسيد الهيدروجين بطريقة الفلورمترية. [13] باعتباره جذرًا حرًا، فإن الأكسيد الفائق لديه إشارة EPR قوية ، ومن الممكن اكتشاف الأكسيد الفائق مباشرةً باستخدام هذه الطريقة. لأغراض عملية، لا يمكن تحقيق ذلك إلا في المختبر في ظل ظروف غير فسيولوجية، مثل درجة الحموضة العالية (التي تبطئ الطفرة التلقائية) مع إنزيم أوكسيديز الزانثين . طور الباحثون سلسلة من مركبات الأدوات تسمى " مصائد الدوران " التي يمكن أن تتفاعل مع الأكسيد الفائق، وتشكل جذرًا غير مستقر ( عمر النصف 1-15 دقيقة)، والذي يمكن اكتشافه بسهولة أكبر بواسطة EPR. تم إجراء عملية حبس الدوران الفائق الأكسجين في البداية باستخدام DMPO، ولكن مشتقات الفوسفور ذات عمر النصف المحسن، مثل DEPPMPO وDIPPMPO، أصبحت مستخدمة على نطاق واسع. [ بحاجة لمصدر ]
الترابط والبنية
الأكسيدات الفائقة هي مركبات يكون فيها رقم أكسدة الأكسجين − 1 ⁄ 2. في حين أن الأكسجين الجزيئي (ثنائي الأكسجين) هو ثنائي الجذر يحتوي على إلكترونين غير مقترنين ، فإن إضافة إلكترون ثانٍ يملأ أحد مداريه الجزيئيين المتحللين ، مما يترك نوعًا أيونيًا مشحونًا بإلكترون غير مقترن واحد وشحنة سالبة صافية تبلغ −1. كل من ثنائي الأكسجين وأنيون فوق الأكسجين عبارة عن جذور حرة تظهر مغناطيسية مسايرة .
تمتلك مشتقات ثنائي الأكسجين مسافات O–O مميزة تتوافق مع ترتيب الرابطة O–O.
| مركب ثنائي الأكسجين | اسم | مسافة O–O ( Å ) | ترتيب الرابطة O–O |
|---|---|---|---|
| ا+2 | كاتيون ثنائي الأكسجين | 1.12 | 2.5 |
| أ 2 | ثنائي الأكسجين | 1.21 | 2 |
| ا-2 | أكسيد فائق | 1.28 | 1.5 [14] |
| ا2-2 | بيروكسيد | 1.49 | 1 |
انظر أيضا
- الأكسجين ، O2
- أوزونيد ، O-3
- بيروكسيد ، O2-2
- أكسيد ، O 2−
- ديوكسيجينيل ، O+2
- أنتيميسين أ – يستخدم في إدارة مصائد الأسماك، وينتج هذا المركب كميات كبيرة من هذا الجذر الحر.
- الباراكوات – يستخدم كمبيد للأعشاب، وينتج هذا المركب كميات كبيرة من هذا الجذر الحر.
- أوكسيديز الزانثين - هذا الشكل من إنزيم نازعة هيدروجين الزانثين ينتج كميات كبيرة من الأكسجين الفائق.
مراجع
- ^ Hayyan, M.; Hashim, MA; Al Nashef, IM (2016). "أيون الأكسيد الفائق: التوليد والآثار الكيميائية". Chem. Rev. 116 ( 5): 3029–3085. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00407 . PMID 26875845.
- ^ Sawyer, DT Superoxide Chemistry ، McGraw-Hill، doi :10.1036/1097-8542.669650
- ^ ab Valko, M.; Leibfritz, D.; Moncol, J.; Cronin, MTD.; Mazur, M.; Telser, J. (أغسطس 2007). "الجذور الحرة ومضادات الأكسدة في الوظائف الفسيولوجية الطبيعية والأمراض البشرية". المجلة الدولية للكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الخلوية . 39 (1): 44–84. doi :10.1016/j.biocel.2006.07.001. PMID 16978905.
- ^ حيان، معن؛ هاشم، محمد علي؛ الناشف، إيناس م. (2016). "أيون الأكسيد الفائق: التوليد والآثار الكيميائية". المراجعات الكيميائية . 116 (5): 3029-3085. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00407 . PMID 26875845.
- ^ هولمان، إيه إف (2001). ويبرغ، نيلز (محرر). الكيمياء غير العضوية (الطبعة الإنجليزية الأولى). سان دييجو، كاليفورنيا وبرلين: أكاديميك بريس، دبليو دي جرويتر. رقم ISBN 0-12-352651-5.
- ^ فيرنون بالو، إي.؛ سي وود، بيتر؛ أ. سبتز، لوروي؛ وايدفين، ثيودور (1 يوليو 1977). "تحضير أكسيد الكالسيوم الفائق من بيروكسيد الكالسيوم ثنائي بيروكسيد الهيدروجين". الهندسة الصناعية، بحوث الإنتاج والكيمياء ، 16 (2): 180-186. doi :10.1021/i360062a015.
- ^ Cotton, F. Albert ; Wilkinson, Geoffrey (1988), Advanced Inorganic Chemistry (5th ed.), New York: Wiley-Interscience, p. 461, ISBN 0-471-84997-9
- ^ بيلسكي، بينون إتش جيه؛ كابيلي، ديان إي؛ أرودي، رافيندرا إل؛ روس، ألبرتا بي. (1985). "تفاعلية الجذور الحرة HO2/O2− في المحاليل المائية". مجلة فيز. كيم. بيانات مرجعية . 14 (4): 1041–1091. رمز المكتبة : 1985JPCRD..14.1041B. doi : 10.1063/1.555739.
- ^ "HO•2: الملخص الجذري المنسي" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2017-08-08.
- ^ يانغ، وين؛ هيكيمي، سيغفريد (2010). "إشارة الأكسجين الفائق للميتوكوندريا تؤدي إلى زيادة طول العمر في Caenorhabditis elegans". PLOS Biology . 8 (12): e1000556. doi : 10.1371/journal.pbio.1000556 . PMID 21151885.
- ^ abcd Muller, FL; Lustgarten, MS; 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 maint: أسماء رقمية: قائمة المؤلفين ( الرابط ) - ^ Yee, Gereon M.; Tolman, William B. (2015). "الفصل 5، القسم 2.2.2 وسيطات Fe(III)-Superoxo ". في Kroneck, Peter MH; Sosa Torres, Martha E. (المحررون). دعم الحياة على كوكب الأرض: إنزيمات معدنية تتقن ثنائي الأكسجين وغيره من الغازات المطاطية . أيونات معدنية في علوم الحياة. المجلد 15. سبرينغر. ص 141-144. doi :10.1007/978-3-319-12415-5_5. ISBN 978-3-319-12414-8. PMID 25707468.
- ^ ab Rapoport, R.; Hanukoglu, I.; Sklan, D. (مايو 1994). "اختبار فلوري لقياس بيروكسيد الهيدروجين، مناسب لأنظمة توليد الأكسدة والاختزال الفائقة المعتمدة على NAD(P)H". Anal Biochem . 218 (2): 309–13. doi :10.1006/abio.1994.1183. PMID 8074285. S2CID 40487242.
- ^ أبراهامز، إس سي؛ كالناجس، جيه. (1955). "البنية البلورية لأكسيد ألفا-بوتاسيوم الفائق". أكتا كريستالوجرافيكا . 8 (8): 503-506. رمز Bibcode :1955AcCry...8..503A. doi : 10.1107/S0365110X55001540 .
