芬顿试剂

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芬顿试剂是过氧化氢(H2O2)与亚铁(通常是硫酸亚铁(II),FeSO4)作为催化剂的溶液,作为高级氧化过程的一部分,用于氧化污染物或废水。芬顿试剂可用于破坏三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(perchloroethylene,PCE)等有机化合物。 铁(II)被过氧化氢氧化为铁(III),在此过程中形成羟基自由基和氢氧根离子。然后,铁(III)被另一分子过氧化氢还原为铁(II),形成氢过氧自由基和质...

芬顿试剂

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芬顿试剂过氧化氢 (H2O2) 与亚铁(通常是硫酸亚铁 (II),FeSO4)作为催化剂的溶液,作为高级氧化过程的一部分,用于氧化污染物废水。 芬顿试剂可用于破坏三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(perchloroethylene,PCE)等有机化合物

概览

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铁 (II) 被过氧化氧化为铁 (III),在此过程中形成羟基自由基和氢氧根离子。 然后,铁 (III) 被另一分子过氧化氢还原为铁 (II),形成氢过氧自由基和质子。 净效应是过氧化氢歧化产生两种不同的氧自由基物种,水 (H+ + OH−) 作为副产品。

这个过程产生的自由基会参与二次反应。 例如,羟基是一种强大的非选择性氧化剂。 芬顿试剂对有机化合物的氧化是快速且放热的,导致污染物主要氧化为二氧化碳和水。

硫酸亚铁 (II) 通常用作铁催化剂。 氧化还原循环的确切机制尚不确定,也有人提出有机化合物的非 OH• 氧化机制。 因此,广泛讨论芬顿化学而不是具体的芬顿反应可能是合适的。

在电芬顿工艺中,过氧化氢是通过氧气电化学还原原位产生的。

芬顿试剂也用于有机合成中芳烃在自由基取代反应中的羟基化,例如经典的苯转化为苯酚

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一个示例性羟基化反应涉及将巴比妥酸氧化成四氧嘧啶。 该试剂在有机合成中的另一个应用是烷烃的偶联反应。 例如,叔丁醇与芬顿试剂和酸二聚生成 2,5-二甲基-2,5-己二醇。 芬顿试剂还广泛应用于环境科学领域的水净化土壤修复。 据报道,芬顿试剂可有效降解各种有害废水。

pH值对自由基形成的影响

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由于多种原因,pH 会影响反应速率。 在低 pH 值下,还会发生 Fe2+ 的络合,导致 Fe2+ 的可用性降低以形成活性氧化物质 (OH•)。 较低的 pH 值还会导致过量的 H+ 清除•OH,从而降低其反应速率。 而在高 pH 值下,反应因 Fe(OH)3 沉淀而减慢,从而降低溶液中 Fe3+ 物质的浓度。 铁物质的溶解度直接受溶液 pH 值的影响。 在接近中性 pH 值的天然水中,Fe3+ 的溶解度比 Fe2+ 低约 100 倍,三价铁离子浓度是反应速率的限制因素。 在高pH条件下,H2O2的稳定性也受到影响,导致其自分解。 较高的 pH 值还会降低 •OH 的氧化还原电位,从而降低其有效性。 pH 在自由基的形成和反应性能中起着至关重要的作用。 因此,正在进行的研究已经完成,以优化 pH 值和其他参数以获得更高的反应速率。

生物医学意义

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芬顿反应在生物学中具有不同的含义,因为它涉及在体内条件下细胞中天然存在的化学物质形成自由基。 铁和铜等过渡金属离子可以通过细胞内反应提供或接受自由电子,因此有助于自由基的形成,或者与自由基的清除相反。 超氧离子和过渡金属协同方式作用于自由基损伤的出现。 因此,尽管临床意义尚不明确,但这是避免活动性感染患者补铁的可行原因之一,而其他原因包括铁介导的感染。

芬顿试剂

应用

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芬顿试剂用作污水处理剂。

芬顿试剂可用于提供氢氧根离子或氧化某些化合物的不同化学过程:

  • Fenton 反应的xxx阶段(用过氧化氢氧化 Fe3+)用于 Haber–Weiss 反应
  • 芬顿试剂可用于有机合成反应:如 通过自由基取代芳烃羟基化
  • 芬顿试剂将苯转化为苯酚
  • 将巴比妥酸氧化成四氧嘧啶。
  • 烷烃的偶联反应

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词条目录
  1. 芬顿试剂
  2. 概览
  3. pH值对自由基形成的影响
  4. 生物医学意义
  5. 应用

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