초산화물

Superoxide
초산화물
Superoxide.svg
슈퍼옥시드의 루이스 구조.각 산소 원자의 6개의 외각 전자는 검은색으로 표시되고, 1개의 전자 쌍은 공유(중간)되며, 짝이 없는 전자는 왼쪽 상단에 표시되고, 음전하를 전달하는 추가 전자는 빨간색으로 표시됩니다.
이름
IUPAC 이름
초산화물
시스템 IUPAC 이름
다이옥시단-2-이딜라이드
기타 이름
과산화물, 이산화물(1-)
식별자
3D 모델(JSmol)
체비
켐스파이더
487
케그
유니
  • InChI=1S/O2/c1-2/q-1
    키: MXDZWXWHPVATGF-UHFFFAOYSA-N
  • O=[O-]
특성.
O2−
몰 질량 31.999 g/g−1/g
켤레산 히드로페르옥실
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.

슈퍼옥시드는 화학식이−
2 [1]O인 슈퍼옥시드 이온을 포함하는 화합물이다.음이온의 계통명은 discide(1-)이다.활성 산소 이온 슈퍼옥시드는 [2]자연계에서 광범위하게 발생하는 디옥시젠2 O의 1전자 환원 산물로 특히 중요하다.분자산소(디옥시젠)는 2개의 비쌍전자를 포함하는 디라디칼이며, 슈퍼옥시드는 2개의 퇴화 분자궤도 중 하나를 채우는 전자의 첨가로 인해 발생하며, 대전 이온종은 단일 비쌍전자와 -1의 순 음전하를 가진다.다이옥시겐과 슈퍼옥시드 음이온은 모두 상사성을 [3]나타내는 유리기이다.Superoxide는 역사적으로 "과산화물"[4]로도 알려져 있었다.

소금

슈퍼옥시드는 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속과 소금을 형성한다.염류2 CsO, RbO2, KO2, NaO는2 O와2 각각의 알칼리 [5][6]금속을 반응시켜 제조한다.

O의−
2 알칼리 염은 오렌지-노란색이며 건조하게 유지하면 상당히 안정적입니다.그러나 이러한 염류가 물에 용해되면 용해된−
2 O는 매우 빠르게(pH 의존적인 방식으로)[7] 불균형(분열)을 겪는다.

4−
2 O + 22 HO → 32 O + 4 OH−

이 반응(내뱉은 공기 중에 수분과 이산화탄소가 있음)은 우주왕복선 및 잠수함에 사용되는 것과 같은 화학적 산소 발생기에서 산소원으로 슈퍼옥시드 칼륨을 사용하는 기초가 됩니다.초산화물은 또한 쉽게 구할 수 있는 산소 공급원을 제공하기 위해 소방관의 산소 탱크에 사용된다.이 과정에서 O는−
2 Brönsted 염기로 작용하며 처음에는 히드로페르옥실 라디칼(HO2)을 형성한다.

초산화 음이온 O와−
2 양성자화된 형태인 하이드로퍼옥실(hydroperoxyl)은 수용액에서 [8]평형 상태에 있다.

O−
2 + HO2 ho2 HO + OH−

하이드로퍼옥실라디칼의 pK가a 약 4.[9]8이라고 가정할 때 슈퍼옥시드는 중성 pH에서 음이온 형태로 주로 존재한다.

슈퍼옥시드 칼륨은 디메틸 술폭시드(크라운 에테르에 의해 촉진됨)에 용해되며 양성자가 없는 한 안정적입니다.슈퍼옥시드는 또한 순환 볼탐메트리에 의해 비프로톤성 용제에서 생성될 수 있다.

슈퍼옥시드 소금도 고체 상태에서 분해되지만, 이 과정은 다음과 같이 가열되어야 합니다.

22 NaO → NaO22 + O2

생물학

슈퍼옥시드와 하이드로퍼옥실(HO2)은 종종 교환적으로 논의되지만, 슈퍼옥시드는 생리학적 pHs에서 우세하다.슈퍼옥시드와 하이드로퍼옥실 모두 활성산소로 [3]분류된다.그것은 침입한 미생물을 죽이기 위해 면역 체계에 의해 생성됩니다.식세포에서 슈퍼옥시드는 침입 병원체의 산소 의존성 살처분 메커니즘에 사용하기 위해 NADPH 산화효소에 의해 대량으로 생성된다.NADPH 산화효소를 코드하는 유전자의 돌연변이는 만성 육아종 질환이라고 불리는 면역 결핍 증후군을 유발하며, 감염, 특히 카탈라아제 양성 유기체에 대한 극단적인 민감성을 특징으로 한다.다음으로 슈퍼옥시드 분해효소 슈퍼옥시드 디스뮤타아제(SOD)가 부족하도록 유전적으로 조작된 미생물은 독성을 잃는다.슈퍼옥시드는 미토콘드리아 호흡의 부산물(특히 복합체 I 및 복합체 III)[10]로 생산될 때, 예를 들어 강한 환원 조건에서 분자 산소로 전자의 직접 전달을 촉매할 수 있는 크산틴 산화효소와 같은 여러 다른 효소의 부산물로 생성될 때 유해하다.

슈퍼옥시드는 고농도에서는 독성이 있기 때문에 산소가 존재하는 거의 모든 생물은 SOD를 발현합니다.SOD는 슈퍼옥시드의 불균형을 효율적으로 촉매합니다.

22 HO → O2 + HO22

슈퍼옥시드에 의해 산화되거나 환원될 수 있는 다른 단백질(예: 헤모글로빈)은 SOD와 같은 활성이 약합니다.SOD의 유전적 불활성화("녹아웃")는 박테리아에서 생쥐에 이르는 유기체에서 유해한 표현형을 생성하고 생체 내 슈퍼옥시드의 독성 메커니즘에 대한 중요한 단서를 제공했다.

미토콘드리아와 세포질 SOD가 모두 결여된 효모는 공기 중에서 매우 잘 자라지 않지만 혐기성 조건에서는 매우 잘 자란다.세포질 SOD의 부재는 돌연변이 유발과 게놈 불안정성의 급격한 증가를 야기한다.미토콘드리아 SOD(MnSOD)가 없는 쥐는 생후 21일쯤 신경변성, 심근증,[10] 젖산증으로 죽는다.세포질 SOD(CuZnSOD)가 없는 생쥐는 생존 가능하지만 수명 감소, 간암, 근육 위축, 백내장, 흉선 감염, 용혈성 빈혈, 그리고 매우 빠른 연령 의존성 여성 [10]출산력 저하를 포함한 여러 병리학에 시달린다.

슈퍼옥시드는 많은 질병의 병원형성에 기여할 수 있다(방사선 중독과 고독성 손상에 대한 증거가 특히 강하다). 그리고 아마도 그것이 세포에 가하는 산화적 손상을 통해 노화에 기여할 수도 있다.일부 조건의 병인 형성에서 슈퍼옥시드의 작용은 강한 반면(예를 들어 CuZn을 과도하게 발현하는 생쥐와 쥐)SOD나 MnSOD는 뇌졸중과 심장마비에 더 강하다.) 노화에 있어 슈퍼옥시드의 역할은 현재로서는 입증되지 않은 것으로 간주되어야 한다.모델 유기체(효모, 초파리 드로소필라, 쥐)에서는 유전적으로 CuZn을 녹아웃시킨다.SOD는 수명을 단축시키고 노화의 특정한 특징들을 가속화한다: (강화증, 근육 위축, 황반 변성, 그리고 흉선 변화).그러나 반대로 CuZn의 수준을 증가시킨다.SOD는 (아마도 [10]Drosophila를 제외하고) 일관되게 수명을 늘리지 않는 것으로 보입니다.산화적 손상(과산화물을 포함한 여러 원인에 의한 결과)은 수명을 제한하는 여러 요인 중 하나일 뿐이라는 것이 가장 널리 받아들여지는 견해이다.

환원(Fe2+) 헴 단백질에 의한 O의2 결합은 Fe(II) 슈퍼옥사이드 [11]복합체의 형성을 수반한다.

생물학적 시스템에서의 분석

생물학적 시스템에서 생성된 슈퍼옥시드의 분석은 높은 반응성과 짧은 [12]반감기로 인해 어려운 작업입니다.정량적 분석에 사용된 한 가지 방법은 과산화수소를 비교적 안정적인 과산화수소로 변환합니다.다음으로 과산화수소를 불소측정법으로 [12]측정한다.유리기로서 슈퍼옥시드는 EPR 신호가 강하기 때문에 충분히 풍부할 때 이 방법으로 직접 슈퍼옥시드를 검출할 수 있다.실질적인 목적을 위해, 이것은 크산틴 산화효소(xanthine oxidase)와 함께 높은 pH(자연적 분해를 느리게 하는)와 같은 비생리학적 조건에서 시험관 내에서만 달성될 수 있다.연구원들은 EPR에 의해 더 쉽게 검출될 수 있는 메타 안정 래디칼을 형성하면서 슈퍼옥시드와 반응할 수 있는 "스핀 트랩"이라고 불리는 일련의 도구 화합물을 개발했다.초산화물 스핀트랩은 처음에는 DMPO로 이루어졌지만, DEMPO와 DIPMPO와 같이 반감기가 개선된 인 유도체가 더 널리 사용되고 [citation needed]있다.

본딩 및 구조

초산화물은 산소의 산화수가 다음과 같은 화합물이다. 분자 산소(디옥시겐)는 2개의 무쌍 전자를 포함하는 디라디칼인 반면, 두 번째 전자의 추가는 2개의 퇴화 분자 궤도 중 하나를 채우고, 하전된 이온 종에는 단일 무쌍 전자와 -1의 순 음전하를 남긴다.다이옥시겐과 슈퍼옥시드 음이온은 모두 상사성을 나타내는 유리기이다.

다이옥시겐의 유도체들은 O-O 결합의 순서와 상관되는 특징적인 O-O 거리를 가진다.

다이옥시겐 화합물 이름. O-O 거리(O) O-O 결합 순서
오+
2		 디옥시게닐 양이온 1.12 2.5
오2 다이옥시겐 1.21 2
오−
2		 초산화물 1.28 1.5[13]
오2−
2		 과산화물 1.49 1

「 」를 참조해 주세요.

  • 산소, O2
  • 오조니데−
    3
  • 과산화물, O2−
    2
  • 산화물, O2−
  • 디옥시게닐, O+
    2
  • 항마이신 A – 어업 관리에 사용되는 이 화합물은 이 유리기를 다량 생산합니다.
  • 파라콰트 – 제초제로 사용되는 이 화합물은 이 유리기를 다량 생산합니다.
  • 크산틴 산화효소 – 이러한 형태의 크산틴 탈수소효소는 많은 양의 과산화물을 생산합니다.

레퍼런스

  1. ^ 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.
  2. ^ Sawyer, D. T. Superoxide Chemistry, McGraw-Hill, doi: 10.1036/1097-8542.669650
  3. ^ a b Valko, M.; Leibfritz, D.; Moncol, J.; Cronin, MTD.; Mazur, M.; Telser, J. (August 2007). "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.
  4. ^ 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.
  5. ^ 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.
  6. ^ Vernon Ballou, E.; C. Wood, Peter; A. Spitze, LeRoy; Wydeven, Theodore (1 July 1977). "The_Preparation_of_Calcium_Superoxide_from_Calcium_Peroxide_Diperoxyhydrate". Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development. 16. doi:10.1021/i360062a015.
  7. ^ Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey (1988), Advanced Inorganic Chemistry (5th ed.), New York: Wiley-Interscience, p. 461, ISBN 0-471-84997-9
  8. ^ Bielski, Benon H. J.; Cabelli, Diane E.; Arudi, Ravindra L.; Ross, Alberta B. (1985). "Reactivity of HO2/O2− Radicals in Aqueous Solution". J. Phys. Chem. Ref. Data. 14 (4): 1041–1091. Bibcode:1985JPCRD..14.1041B. doi:10.1063/1.555739.
  9. ^ "HO•
    2    : the forgotten radical Abstract"     (PDF). Archived from the original (PDF) on 2017-08-08.
  10. ^ a b c d 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.
  11. ^ 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. pp. 141–144. doi:10.1007/978-3-319-12415-5_5. PMID 25707468.
  12. ^ a b Rapoport, R.; Hanukoglu, I.; Sklan, D. (May 1994). "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.
  13. ^ Abrahams, S. C.; Kalnajs, J. (1955). "The Crystal Structure of α-Potassium Superoxide". Acta Crystallographica. 8 (8): 503–506. doi:10.1107/S0365110X55001540.