Reactivo de Fenton - Fenton's reagent

El reactivo de Fenton es una solución de peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) con hierro ferroso (típicamente sulfato de hierro (II) , FeSO 4 ) como catalizador que se utiliza para oxidar contaminantes o aguas residuales . El reactivo de Fenton se puede utilizar para destruir compuestos orgánicos como el tricloroetileno (TCE) y el tetracloroetileno (percloroetileno, PCE). Fue desarrollado en la década de 1890 por Henry John Horstman Fenton como reactivo analítico.

Visión general

El hierro (II) se oxida mediante peróxido de hidrógeno a hierro (III) , formando un radical hidroxilo y un ion hidróxido en el proceso. El hierro (III) luego se reduce de nuevo a hierro (II) por otra molécula de peróxido de hidrógeno, formando un radical hidroperoxilo y un protón . El efecto neto es una desproporción del peróxido de hidrógeno para crear dos especies de radicales de oxígeno diferentes, con agua (H +  + OH - ) como subproducto.

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

 

 

 

 

( reacción neta: 1 + 2 )

Los radicales libres generados por este proceso luego participan en reacciones secundarias. Por ejemplo, el hidroxilo es un oxidante potente y no selectivo. La oxidación de un compuesto orgánico por el reactivo de Fenton es rápida y exotérmica y da como resultado la oxidación de contaminantes a principalmente dióxido de carbono y agua.

La reacción ( 1 ) fue sugerida por Haber y Weiss en la década de 1930 como parte de lo que se convertiría en la reacción de Haber-Weiss .

El sulfato de hierro (II) se usa típicamente como catalizador de hierro. Los mecanismos exactos del ciclo redox son inciertos, y también se han sugerido mecanismos de oxidación no OH • de compuestos orgánicos. Por lo tanto, puede ser apropiado discutir ampliamente la química de Fenton en lugar de una reacción de Fenton específica .

En el proceso de electro-Fenton, el peróxido de hidrógeno se produce in situ a partir de la reducción electroquímica de oxígeno.

El reactivo de Fenton también se utiliza en síntesis orgánica para la hidroxilación de arenos en una reacción de sustitución de radicales como la conversión clásica de benceno en fenol .

C 6 H 6 + FeSO 4 + H 2 O 2 → C 6 H 5 OH

 

 

 

 

( 3 )

Un ejemplo de reacción de hidroxilación implica la oxidación del ácido barbitúrico a aloxano . Otra aplicación del reactivo en síntesis orgánica es en reacciones de acoplamiento de alcanos. Como ejemplo, el terc- butanol se dimeriza con reactivo de Fenton y ácido sulfúrico a 2,5-dimetil-2,5-hexanodiol. El reactivo de Fenton también se usa ampliamente en el campo de las ciencias ambientales para la purificación del agua y la remediación del suelo . Se informó que varias aguas residuales peligrosas se degradaron eficazmente a través del reactivo de Fenton.

Efecto del pH sobre la formación de radicales libres

El pH afecta la velocidad de reacción debido a diversas razones. A un pH bajo, también se produce la complejación de Fe 2+ , lo que conduce a una menor disponibilidad de Fe 2+ para formar especies oxidativas reactivas (OH •). Un pH más bajo también da como resultado la eliminación de • OH por el exceso de H + , lo que reduce su velocidad de reacción. Mientras que a pH alto, la reacción se ralentiza debido a la precipitación de Fe (OH) 3 , lo que reduce la concentración de la especie Fe 3+ en solución. La solubilidad de las especies de hierro se rige directamente por el pH de la solución . Fe 3+ es aproximadamente 100 veces menos soluble que Fe 2+ en agua natural a pH casi neutro, la concentración de iones férricos es el factor limitante para la velocidad de reacción. En condiciones de pH alto, la estabilidad del H 2 O 2 también se ve afectada, lo que resulta en su autodescomposición. Un pH más alto también disminuyó el potencial redox de • OH, reduciendo así su efectividad. El pH juega un papel crucial en la formación de radicales libres y, por tanto, en el rendimiento de la reacción. Por lo tanto, se han realizado investigaciones en curso para optimizar el pH y, entre otros parámetros, para lograr mayores velocidades de reacción.

Impactos del pH de la operación en la velocidad de reacción
PH bajo Formación del complejo [Fe (H 2 O) 6 ] 2+ , por lo que se reduce el Fe 2+ para la generación de radicales
Eliminación de • OH por exceso de H +
PH alto Potencial redox más bajo de • OH
Autodescomposición de H 2 O 2 debido a la disminución de la estabilidad a pH alto
Precipitación de especies de Fe (OH) 3 en solución

Implicaciones biomédicas

La reacción de Fenton tiene diferentes implicaciones en biología porque implica la formación de radicales libres por especies químicas presentes de forma natural en la célula en condiciones in vivo . Los iones de metales de transición , como el hierro y el cobre, pueden donar o aceptar electrones libres a través de reacciones intracelulares y contribuir así a la formación, o al contrario a la captación, de radicales libres . Los iones superóxido y los metales de transición actúan de forma sinérgica en la aparición de daños por radicales libres. Por lo tanto, aunque la importancia clínica aún no está clara, es una de las razones viables para evitar la suplementación con hierro en pacientes con infecciones activas, mientras que otras razones incluyen infecciones mediadas por hierro.

Ver también

Referencias

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Otras lecturas

enlaces externos