Способность отдавать электроны: Способность отдавать электроны атомом элемента увеличивается в ряду 1)Ca,Mg,Be 2)B,C,F

Способность отдавать электроны атомом элемента увеличивается в ряду 1)Ca,Mg,Be 2)B,C,F

Помогите 8,9 Дам 30 баллов , хотя бы один решите умоляю

ДАЮ 20 БАЛОВ ЭТО ВСЁ ЧТО ЕСТЬ 1. Какой из металлов обладает самыми сильными восстановительными свойствами? 2. Сколько валентных электронов содержат ат … омы щелочных и щелочноземельных металлов? 3. Опишите физические свойства щелочных и щелочноземельных металлов. Почему щелочные металлы хранят под слоем керосина? 4. Охарактеризуйте химическую активность щелочных и щелочноземельных металлов по их положению в электрохимическом ряду напряжений. 5. Как можно распознать катионы щелочных и щелочноземельных металлов? Почему гидроксиды щелочных металлов называют щелочами? 6. Почему в природе не встречаются самородки щелочных и щелочноземельных металлов? 7. С каким из перечисленных веществ будет взаимодействовать гидроксид натрия: сера, цинк, оксид серы(1У), оксид бария, гидроксид калия, соляная кислота, муравьиная кислота, хлорид железа(111), сульфат бария, этанол, глицерин? Напишите уравнения возможных реакций. Для двух реакций ионного обмена составьте полное и сокращенное ионные уравнения. 8. Бериллий и магний находятся в одной группе периодической системы, но химические свойства этих металлов различны. Поясните почему? Свой ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций в молекулярной, полной ионной и сокращенной форме. Охарактеризуйте применение бериллия и магния. 9. Приведите примеры уравнений реакций, в которых участвует: а) гидроксид натрия и три разных органических вещества; б) гидроксид кальция и два разных органических вещества. 10. Щелочные щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов их солей. Почему эти металлы нельзя получать электролизом растворов солей? Что является в таких реакциях восстановителем? 11. Какая вода называется жесткой? Какие виды жесткости вам известны? Написать уравнения реакций, показывающие устранение жёсткости воды.

ДАЮ 70 БАЛОВ ЗА ОТВЕТ 1.На какие две группы разделяют все элементы? 2. Чем отличается строение атомов металлов от строения атомов неметаллов и как это … отражается, на химических свойствах металлов? Приведите примеры уравнений реакций. 3. Какой вид химической связи характерен для металлов? 4. Какой тип кристаллической решетки характерен для металлов? Какие свойства металлов обусловлены их кристаллическим строением? 5. Охарактеризуйте общие и отличительные физические свойства типичных металлов на основе строения их атомов. Приведите примеры. 6. Из оксида железа Fe3O4 получают железо алюминотермическим способом. Составьте уравнение этой реакции и расставьте коэффициенты с помощью электронного баланса. 7. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно получить железо из пирита FeS2. Расставьте коэффициенты с помощью электронного баланса. 8. На какие две группы делят все металлы, расположенные в электрохимическом ряду? 9. Как меняется восстановительная активность металлов в электрохимическом ряду? Какой вывод можно сделать, зная положение металла в электрохимическом ряду? 10. Запишите формулы оксидов и гидроксидов элементов железа, а меди и хрома, алюминия, цинка, определите их характер, от каких факторов зависят их свойства? 11. Как взаимодействуют с фосфорной кислотой магний, алюминий, железо и медь? Ответ обоснуйте, приведя примеры уравнений реакций.

1.Даны вещества, формулы которых:Назовите все вещества по систематической номенклатуре. Укажите гомологи и изомеры.2.​

Помогите пожалуйста с заданием на якласс 10класс тема изомеры

Мне нужно сдать до завтра: Самостійна робота 2 варіант 4 Ответ в фотке, За спам, копирование и неправильный ответ — Бан! ​

Полиизобутилен получают из мономера изобутилена (2-метилпропена). Этот полимер занимает промежуточное положение между пластмассами и каучуками: менее … эластичен, однако химически-, термо- и влагостоек. Напишите уравнение реакции и дайте характеристику по следующим пунктам: 1. Способ получения полимера (поликонденсации или полимеризации) 2. Продемонстрируйте на уравнении: мономер, структурное звено, степень полимеризации. 3. Геометрическая форма молекулы полимера, отношение к нагреванию 4. Физические свойства полимера.

Мне нужно сдать до завтра: Самостійна робота 2 варіант 4 Ответ в фотке, За спам, копирование и неправильный ответ — Бан! ​

Мне нужно сдать до завтра: Самостійна робота 2 варіант 4 Ответ в фотке, За спам, копирование и неправильный ответ — Бан! ​

Установіть відповідність між реагентами та продуктами реакції:А) СН4 + Cl2 → Б) СН2 = СН2 + Сl2→ В) СН ≡ СН + Cl2 →Г) СН3 – СН3 +Cl2 → 1 СНСl = CHCl2 … СН3Cl + HCl3 Ch3Cl — Ch3Cl4 Ch4 — Ch3Cl5 Ch4 — Ch3Cl +НCl​

2.7 Свойства атомов и их периодичность — ЗФТШ, МФТИ

Такие характеристики атомов, как их радиус, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, степень окисления, связаны с электронным строением атома.

За радиус свободного атома принимают положение главного максимума плотности внешних электронных оболочек. Это так называемый орбитальный радиус.

Элементы одного и того же периода имеют одинаковое количество электронных слоев. Поэтому в одном периоде по мере увеличения заряда ядра увеличивается сила притяжения электронов к ядру, что вызывает уменьшение радиуса атома.2)` способность отдавать электроны или присоединять их до полного заполнения электронного слоя примерно одинакова. У атома кислорода преобладает стремление к присоединению электронов, а фтор вообще не проявляет восстановительных свойств и является единственным элементом, который в химических реакциях не проявляет положительных степеней окисления.

В главных подгруппах с увеличением заряда ядра атома элемента увеличивается радиус атома элемента, так как в этом направлении возрастает число электронных слоев в атоме элемента. Поэтому в главной подгруппе сверху вниз нарастают металлические (восстановительные) свойства элементов.

В побочных подгруппах при переходе от первого элемента ко второму происходит увеличение радиуса атома элемента за счет добавления еще одного электронного слоя, а при переходе от второго элемента к третьему — даже некоторое уменьшение. Это объясняется `f`-(лантаноидным) сжатием.

Поэтому в побочных подгруппах с увеличением заряда ядра уменьшаются металлические свойства (за исключение побочной подгруппы третьей группы).(3+)`.

энергия, необходимая для отрыва электрона от атома, находящегося в основном состоянии. Она характеризует восстановительные (металлические) свойства атомов и обычно выражается в электронвольтах `(1  «эВ»=96,485  «кДж»//»моль»)`. В периоде слева направо энергия ионизации возрастает с увеличением заряда ядра и уменьшением радиуса атомов. В главных подгруппах сверху вниз она уменьшается, т. к. увеличивается расстояние электрона до ядра и возрастает экранирующее действие внутренних электронных слоев.

Наименьшее значение энергии ионизации имеют щелочные металлы, поэтому они обладают ярко выраженными металлическими свойствами, наибольшая величина энергии ионизации у инертных газов.

энергия, выделяющаяся при присоединении электрона к нейтральному атому. Характеризует окисли-тельные (неметаллические) свойства атомов. Как и энергия ионизации, обычно выражается в электронвольтах. Наибольшее сродство к электрону — у галогенов, наименьшее — у щелочных металлов.

Самый сильный окислитель из всех элементарных окислителей — фтор (он обладает и самым малым атомным радиусом из всех элементов `»VII»` группы).6`. У остальных элементов в таблице Менделеева окислительная способность нейтральных атомов повышается слева направо и снизу вверх.

понятие, позволяющее оценить способность атома оттягивать на себя электронную плотность при образовании химического соединения. Согласно одному из определений (Малликен), электроотрицательность можно определить как полусумму энергии ионизации и сродства к электрону:

`X=(I+E)/2`, эВ.

Относительная ЭО (OЭO) фтора по Полингу принята  равной четырём. Наименьшими ОЭО обладают элементы `»IА»` подгруппы `(0,7 – 1,0)`, большими азот и хлор `(3)`, кислород `3,5`) и фтор. ОЭО `d` -элементов лежит в пределах `1,2 – 2,2`, а  `f` -элементов `1,1 – 1,2`.

В периодах ЭО растёт, а в группах уменьшается с ростом `»Z»`, то есть растёт от `»Cs»` к `»F»` по диагонали периодической системы. Это обстоятельство до некоторой степени определяет диагональное сродство элементов.

Для характеристики состояния элементов в соединениях введено понятие степени окисления.

Под степенью окисления понимают условный заряд атома элемента в соединении, вычисленный из предположения, что соединение состоит из ионов и валентные электроны оттянуты к наиболее электроотрицательному атому. Иначе говоря, степень окисления показывает, сколько своих электронов атом отдал (положительная), либо притянул к себе чужих (отрицательная).

Напишите электронную конфигурацию атома фосфора и составьте орбитальную диаграмму его валентного уровня. Определите все его возможные степени окисления. Напишите электронные конфигурации всех его заряженных частиц. Расположите данные частицы в порядке увеличения радиуса.

Фосфор находится в третьем периоде, пятой группе, главной подгруппе. Следовательно, его электронная оболочка состоит из трёх уровней. Валентный уровень состоит из внешних `s`- и `p`-подуровней (на это указывает главная группа). Всего валентных электронов у фосфора пять (номер группы `5`). Конфигурация атома $$ {}_{31}\mathrm{P}1{s}^{2}2{s}^{2}2{p}^{6}3{s}^{2}3{p}^{3}$$

Орбитальная диаграмма валентного уровня:

Для того, чтобы принять конфигурацию благородного газа, фосфор может либо принять `3` электрона (тогда он примет конфигурацию аргона), либо отдать все свои валентные пять электронов (тогда он примет конфигурацию неона).(-3))`.

Химия — 8

В направлении слева направо в периодах в результате более сильного притяжения электронов ядром возрастает энергия ионизации.

Энергия, которая необходима для отщепления одного электрона от атома, находящегося в нейтральном состоянии, называется энергией ионизации. В направлени сверху вниз в подгруппах в результате удаления наружных электронов от ядра энергия ионизации уменьшается. Энергия ионизации тесно связана с химическими свойствами элементов. Чем меньше энергия ионизации, тем сильнее будет проявляться металлическое свойство элемента.

Химическая инертность благородных газов объясняется их высокой энергией ионизации.

Если в наружном электронном слое атома имеется несколько электронов, то для отщепления каждого из них тратится определенная энергия. Эти энергии меняются в последовательности E₁<E₂<E₃ и т.д. E₁
1 — это энергия, которая тратится для отщепления 1-го электрона (расположенного в самом большом отдалении от ядра), остальные же для отщепления других электронов. Энергии, которые тратятся для отщепления электронов наружного электронного слоя, мало отличаются друг от друга, а энергия, потраченная для отщепления электронов других электронных слоев, сильно отличается от энергии наружных электронов. По значению энергий ионизации и пределу из резких отличий можно определить, сколько электронов содержится во внешнем электронном слое атома элемента. Например: согласно пределу энергий ионизации E₁<E₂<<E₃<E₄ можно утверждать, что в наружном электронном слое элемента имеется 2 электрона (E₁ и E₂ обладают энергиями ионизации).

Свойство атома притягивать к себе связующие электроны из соединений называется электроотрицателъностъю. Обычно элементы характеризуются относительной электроотрицательностью (ЭО). Для этого за единицу ЭО принята относительная электроотрицательность лития ЭО (Li)=1

С возрастанием порядкового номера (слева направо) относительная электроотрицательность в периодах растет, а в группах (сверху вниз) уменьшается. Чем выше относительная электроотрицательность, тем сильнее у элемента проявляется неметаллическое (окислительное) свойство.

I — направление слева направо по периодам

II — направление сверху вниз по группах

III — направление справа налево по периодам

IV — направление снизу вверх по группах

Свойства, изменяющиеся по I—IV направлениям		Свойства, изменяющиеся по II—III направлениям
Возрастающие	Уменьшающиеся	Возрастающие	Уменьшающиеся
Неметаллические, окислительные свойства, энергия ионизации, способность принимать электроны, электроотрицательность	Металлические, восстановительные свойства, радиус атома, способность отдавать электроны	Металлические, восстановительные свойства, радиус атома, способность отдавать электроны	Неметаллические, окислительные свойства, энергия ионизации, электроотрицательность

Из представленной на 4-ой странице обложки учебника периодической таблицы химических элементов видно, что в направлении слева

Урок 14. обзор неметаллов. свойства и применение важнейших неметаллов — Химия — 11 класс

Адсорбент – твердый пористый материал, в отличие от абсорбента, удерживает молекулы и ионы на поверхности, а не поглощает их всем объёмом.

Валентность – способность атома образовывать определённое число химических связей при образовании молекул. В отличие от степени окисления не имеет знака.

Восстановительные свойства – способность атома отдавать электроны, противоположные окислительным свойствам, которые характеризуют способность атома принимать электроны

Галогены – простые вещества, типичные неметаллы, имеющие молекулярное строение, двухатомные молекулы. В периодической таблице элементов находятся в VIIA группе. Являются сильными окислителями.

Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи – образование химической связи двумя атомами, один из которых (донор) предоставляет в общее пользование неподелённую пару электронов, а другой (акцептор) – свободную атомную орбиталь.

Карбиды – бинарные соединения металла и углерода, в которых углерод имеет отрицательную степень окисления.

Неметаллы – простые вещества, не проявляющие металлических свойств, имеющие большое сродство к электрону, высокие значения относительной электроотрицательности, способные проявлять окислительные свойства.

Окислительные свойства – способность атома притягивать к себе электроны, в отличие от восстановительных свойств, которые характеризуют способность атома отдавать электроны.

Относительная электроотрицательность – количественная характеристика, показывающая способность атома удерживать свои и притягивать чужие электроны. Позволяет оценить наличие окислительных свойств атома.

Промотирование электронов – разъединение (распаривание) пары электронов, в результате которого один из электронов переходит на свободную атомную орбиталь в пределах данного подуровня.

Силициды – бинарные соединения металлов с кремнием, в которых кремний имеет отрицательную степень окисления.

Технический углерод – аморфная тонкодисперсная форма углерода. Отличается от графита и алмаза отсутствием кристаллической решетки.

Ферросплав – сплавы железа с другими элементами, применяемые для легирования стали.

Фреоны – летучие фтор, хлорсодержащие углеводороды, используемые как хладагенты в холодильной технике. Разрушают озоновый слой Земли.

Фторопласты – вид пластмасс, в которых атомы водорода в углеводородах замещены атомами фтора.

Фуллерены – макромолекулы, представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, образованные большим количеством атомов углерода. Также как и графит, являются проводниками электричексого тока

Подготовка к ОГЭ по химии 2018 год

Оськина Татьяна Александровна – учитель химии МБОУ СОШ № 63 г.Красноярска

В – 1.

Закономерности изменения химических свойств элементов и их соединений

по периодам и группам.

Необходимо запомнить:

1. Физический смысл порядкового номера, номера периода и номера группы.

• порядковый номер равен числу протонов и электронов, заряду ядра;

• номер периода равен числу заполняемых электронных слоёв;

• номер А — группы равен числу электронов на внешнем слое (валентных электронов).

2. Горизонтальная периодичность.

В периоде слева направо:

• заряды атомных ядер увеличиваются;

• число электронов на внешнем электронном слое увеличивается;

• число электронных слоёв не изменяется;

• радиус атомов уменьшается;

• ЭО увеличивается;

• металлические свойства уменьшаются, неметаллические свойства увеличиваются;

• основные свойства соединений (оксидов, гидроксидов) уменьшаются, сменяются амфотерными, кислотные свойства (оксидов, кислородных кислот) увеличиваются.

3. Вертикальная периодичность.

В А — группе сверху вниз:

• заряды атомных ядер увеличиваются;

• число электронов на внешнем электронном слое не изменяется;

• число электронных слоёв увеличивается;

• радиус атомов увеличивается;

• ЭО уменьшается;

• металлические свойства увеличиваются, неметаллические свойства уменьшаются;

• основные свойства соединений (оксидов, гидроксидов) увеличиваются, кислотные свойства соединений (оксидов, кислородных кислот) уменьшаются;

• кислотные свойства бескислородных кислот увеличиваются.

Ответы к заданиям:

Задания:

1. В ряду химических элементов О → S → Sе:

1. уменьшается радиус атомов

2. уменьшается электроотрицательность

3. усиливаются неметаллические свойства

4. увеличиваются заряды ядер атомов

5. уменьшается число заполненных электронных слоев в атомах

2. В ряду химических элементов Na → Al → P происходит увеличение (усиление):

1. числа нейронов в ядрах атомов

2. восстановительных свойств

3. степени окисления в высших оксидах

4. радиуса атома

5. металлических свойств

3. В ряду химических элементов Cl → Si → Al:

1. уменьшаются заряды ядер атомов

2. возрастают кислотные свойства летучих водородных соединений

3. высшая степень окисления уменьшается

4. уменьшается радиус атомов

5. усиливаются металлические свойства

4. В ряду химических элементов Sе → S → О:

1. уменьшается валентность в высших оксидах

2. возрастают радиусы атомов хим. элементов

3. усиливаются неметаллические свойства

4. увеличивается электроотрицательность

5. увеличивается число электронных слоев в атомах

5. В ряду химических элементов Si → Р → S:

1. уменьшается число протонов в ядре

2. уменьшается электроотрицательность

3. увеличивается радиус атомов

4. увеличивается число электронов во внешнем электронном слое

5. усиливаются неметаллические свойства

6. В ряду химических элементов Ве → Мg → Са:

1. уменьшается радиус атомов

2. возрастает способность атомов отдавать электроны

3. увеличиваются заряды ядер атомов

4. уменьшается относительная атомная масса

5. увеличивается степень окисления в высших гидроксидах

7. В ряду химических элементов N → Р → Аs:

1. уменьшается электроотрицательность

2. уменьшаются радиусы атомов

3. ослабевают неметаллические свойства

4. увеличивается валентность в высших оксидах

5. уменьшается число заполненных электронных слоев в атомах

8. В порядке ослабевания металлических свойств расположены элементы в рядах:

1. Be → Mg → Ca

2. Na → Mg → Al

3. Rb → K → Na

4. B → Be → Li

5. Mg → Ca → Sr

9. Способность отдавать электроны возрастает у элементов следующих рядов:

1. Na → Al → P

2. Sr → Ca → Mg

3. C → N → O

4. Si → Al → Mg

5. B → Be → Li

10. В ряду химических элементов Al → Mg →Na:

1. усиливается электроотрицательность

2. усиливаются металлические свойства

3. усиливается основный характер их высших оксидов

4. уменьшается радиус атомов

5. усиливается кислотный характер их высших оксидов

11. В ряду химических элементов N → С → В:

1. увеличивается число протонов в ядре

2. увеличивается электроотрицательность

3. уменьшается радиус атомов

4. уменьшается число электронов во внешнем электронном слое

5. ослабевают неметаллические свойства

12. В порядке уменьшения числа электронов во внешнем слое расположены элементы следующих рядов:

1. N → O → F

2. С → Si → Ge

3. P → Si → Al

4. C → N → O

5. Br → Se → As

13. В ряду химических элементов Si → Ge → Sn:

1. увеличивается радиус атома

2. ослабевают металлические свойства соответствующих им простых веществ

3. ослабевает основный характер их высших оксидов

4. возрастает значение валентности в их высших оксидах

5. увеличивается число электронных слоёв в их атомах

14. В ряду химических элементов Cl → S → P → Si:

1. увеличиваются неметаллические свойства

2. уменьшается радиус атома

3. увеличивается число электронов во внешнем электронном слое

4. уменьшается низшая степень окисления

5. ослабевают неметаллические свойства

15. В ряду химических элементов Si → Аl → Мg:

1. уменьшается электроотрицательность

2. увеличиваются заряды ядер атомов

3. ослабевают неметаллические свойства

4. уменьшаются радиусы атомов

5. увеличивается число заполненных электронных слоев атомов

16. В ряду химических элементов Cl → P → Si:

1. уменьшаются заряды ядер атомов

2. уменьшается число электронных слоев

3. увеличивается атомный радиус

4. уменьшается низшая степень окисления

5. усиливаются неметаллические свойства

17. В ряду химических элементов I → Вr → Сl:

1. увеличивается степень окисления в высших оксидах

2. уменьшается число валентных электронов в атомах

3. увеличиваются заряды ядер атомов

4. усиливаются неметаллические свойства

5. уменьшается радиус атомов

18. В ряду химических элементов F → О → N:

1. увеличивается число электронных слоев в атомах

2. уменьшаются заряды ядер атомов

3. усиливаются неметаллические свойства

4. уменьшается радиус атомов

5. уменьшается число электронов во внешнем электронном слое

19. В ряду химических элементов Аl → Р → Сl:

1. увеличивается электроотрицательность

2. уменьшаются заряды ядер атомов

3. возрастают металлические свойства

4. уменьшаются радиусы атомов

5. уменьшается число электронов во внешнем электронном слое

20. В ряду химических элементов Li → Ве → В:

1. увеличивается электроотрицательность

2. уменьшаются металлические свойства

3. уменьшаются заряды ядер атомов

4. уменьшается число электронов во внешнем электронном слое

5. увеличивается число заполненных электронных слоев

Энергия ионизации, сродство к электрону и Электроотрицательность.

Потенциал ионизации – это энергия, которую необходимо сообщить атому, чтобы превратить его в положительно заряженный ион. В периоде с увеличением порядкового номера потенциалы ионизации атомов возрастают, т. е. способность атомов отдавать электроны уменьшается. Атомы с выраженной способностью отдавать электроны обладают металлическими свойствами, т. е. для них характерен металлический блеск, высокая электропроводность, пластичность, и, вступая во взаимодействие с другими химическими элементами, они отдают электроны, превращаясь в катионы. Металлические свойства в периоде ослабевают, а в группе увеличиваются. Атомные радиусы химических элементов в периоде уменьшаются, т. к. увеличивается число электронов на внешнем электронном уровне и растет энергия взаимодействие с ядром. Элементы внешние энергетические уровни, которых содержат, только S-электроны называются S-элементами. Они находятся в 1 и 2 группе главной подгруппы, это типичные металлы и их валентность, т. е. способность взаимодействовать с определённым числом атомов водорода равна номеру группы. Элементы, у которых при переходе от предыдущего к последующему формируется, P-подуровни называются P-элементами. P-элементы 3 группы являются амфотерными, т. е. обладают свойствами металлов и неметаллов. Элементы 5,6,7 групп – это типичные неметаллы, т. е. вступая в соединение, принимают электроны, превращаясь в анионы, для них характерна отрицательная степень окисления (для металлов положительная). Их высшая положительная степень окисления равна номеру группы в которой они находятся, максимальная отрицательная степень окисления равна 8. Все элементы кроме O₂ могут как отдавать, так и принимать электроны, в зависимости от того с каким элементом они взаимодействуют. В периодической системе имеется 3 малых и 4 больших периода (большие периоды состоят из двух рядов).

Идёт формирование d-подуровней, формируется от предыдущего к последующему предвнешние энергетические уровни. Имея два или один электрон на внешнем энергетическом уровне, все они являются металлами, их называют d-элементами. У большинства из них d-подуровни являются не завершёнными, поэтому они:

1)Могут обладать переменной валентностью;

2)Обладают специфическими физическими свойствами (например, электропроводность) за счёт вакантных d-орбиталей.

В 6 периоде от La – Lu и в 7 от Ac – Lr формируются подуровни f:

La – Lu (4f), Ac – Lr (5f). Их называют f-элементы. Из отдельной клеточки они вынесены в отдельную строку, их называют лантаноиды и актиноиды. Это металлы. Работа отрыва электрона от отрицательно заряженного иона, измеренная спектрально или методом Франка и Герца, характеризует сродство к электрону. Сродство к электрону E и первый потенциал ионизации I₁ определяют химическую активность атома – его окислительные или восстановительные свойства.

Один и тот же атом может принимать электроны, проявляя к ним сродство, или отдавать электроны другому атому, у которого сродство к электрону больше.

Электроотрицательность позволяет оценить возможность взаимодействия между данными атомами и прогнозировать распределение зарядов электронных облаков в образующемся соединении.

Электроотрицательность представляет собой периодическую функцию, величина которой позволяет оценивать поведение атома данного элемента при химических реакциях, а также влияние этого атома на распределение электронной плотности в уже готовых молекулах.

Энергия ионизации — энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, находящегося в основном энергетиче­ском состоянии; обычно выражается в электрон-вольтах. Многоэлектронные атомы имеют несколько значений энергии ионизации:

I₁, I₂ …, соответствующих отрыву первого, второго и т. д. электронов, при этом всегда 7₁</₂</₃<… .

Энергия ионизации периодически изменяет­ся. Для элементов каждого периода она возрас­тает слева направо с увеличением заряда ядра; в главных подгруппах уменьшается сверху вниз вследствие увеличения расстояния электрона от ядра, а в побочных подгруппах наблюдается более сложная закономерность (сначала уменьшается, а затем растет).

Свойства атомов химических элементов

1. Все атомы стремятся к завершению внешнего энергетического уровня (к приобретению конфигурации инертного газа — 8?).

2. Существует два способа завершения:

— отдача электронов с внешнего уровня (равное номеру группы) – окисление.

— присоединение недостающих электронов (равное 8 – N группы) – восстановление.

3. Атомы химических элементов, которые, завершая энергетический уровень, отдают электроны – называются металлами. Они являются восстановителями.

4. Атомы химических элементов, которые, завершая энергетический уровень, могут и отдавать и присоединять электроны, называются неметаллами. Они могут проявлять и восстановительные и окислительные свойства.

5. У атомов химических элементов одной группы с увеличением заряда ядра (главная подгруппа, т.е. сверху вниз) радиус атома увеличивается (т.к. увеличивается количество энергетических уровней), а количество электронов на внешнем уровне одинаковое (равное номеру группы). Соответственно восстановительные свойства (способность отдавать электроны) усиливаются, окислительные (способность принимать) – ослабевают.

6. У атомов химических элементов одного периода с увеличение заряда ядра (т.е. слева направо) радиус атома уменьшается (т.к. усиливается притяжение внешних электронов к ядру в связи с увеличение их количества). Соответственно, восстановительные свойства – ослабевают, а окислительные — усиливаются.

7. Такое изменение свойств наблюдается в каждом периоде, т.е. повторяются периодически т.к. периодически повторяется конфигурация внешнего энергетического уровня.

6.4.2: При прочих равных условиях электроноакцепторные группы делают кислоты Льюиса сильнее, а основания слабее, в то время как электронодонорные группы делают основания Льюиса сильнее, а кислоты слабее

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Избегайте неправильных представлений о влиянии \ (\ pi \) пожертвования и принятия на аффинность кислоты Льюиса. полезен как некоординирующие анионы.

Авторы и авторства

Электроны, переданные из основания Льюиса кислоте Льюиса в кислотно-основной реакции Льюиса, передаются и принимаются в определенных атомных центрах. Например, образование аддукта между аммиаком и BF ₃ включает передачу неподеленной пары на атоме азота аммиака в кислотный центр Льюиса на BF ₃ .

Поскольку кислотно-основные реакции Льюиса включают донорство и принятие электронов на определенных участках, существующие группы, которые изменяют электронную плотность на участках посредством индуктивного отвода или отвода электронной плотности, будут влиять на кислотно-основные свойства Льюиса этого участка.Например, сродство BF ₃ 4-замещенных пиридинов незначительно увеличивается по мере того, как заместитель в ароматическом кольце изменяется с электронодонорного Me на электроноакцепторный CF ₃ .

Замещающие индуктивные эффекты во многом такие, как можно было бы предсказать. Поскольку основания Льюиса отдают электронные пары, а кислоты Льюиса принимают их:

• электроноакцепторные заместители имеют тенденцию уменьшать основность Льюиса основных центров, в то время как электронодонорные заместители увеличивают основность Льюиса сайта, делая их более богатыми электронами.
• электроноакцепторных заместителей увеличивают кислотность Льюиса кислотных центров, делая эти сайты более электронодефицитными, в то время как электронодонорные заместители имеют тенденцию уменьшать кислотность Льюиса, делая сайты менее электронодефицитными.

Тем не менее, может быть трудно предсказать основанные на заместителях тенденции кислотности и основности по Льюису только с помощью индукционных эффектов. Это связано с тем, что индуктивные эффекты скромны и часто существуют в конкуренции с другими эффектами заместителя, такими как

• Стерические эффекты, обсуждаемые в разделе 6.4,7
• Эффекты твердости, обсуждаемые в разделе 6.6
• \ (\ pi \) — эффекты донорства и принятия, которые могут увеличивать или уменьшать электронную плотность в данном месте, а также создавать энергетический барьер для любых структурных искажений, которые могут возникнуть при образовании аддукта.

Избегайте неправильных представлений о влиянии \ (\ pi \) пожертвования и принятия на аффинность кислотного основания Льюиса

Как и в случае \ (\ sigma \) — основанных на индукции эффектов \ (\ pi \) — донорство имеет тенденцию увеличивать основность Льюиса и уменьшать кислотность Льюиса, в то время как \ (\ pi \) — удаление имеет тенденцию уменьшать основность Льюиса и увеличивать кислотность Льюиса.Однако следует проявлять осторожность при оценке влияния эффектов \ (\ pi \) — донорства на кислотность и основность по Льюису. Например, в некоторых учебниках утверждается, что в льюисовской кислотности тригалогенидов бора преобладает снижение кислотности бора за счет \ (\ pi \) -донирования от галогенидных заместителей:

Согласно этому объяснению степень этого \ (\ pi \) — донорства уменьшается вниз по группе галогена по мере уменьшения расстояния связи бор-галоген. Это согласуется с наблюдаемой тенденцией кислотности Льюиса тригалогенидов бора по отношению к большинству оснований, что противоречит предположению, предполагаемому только индуктивными эффектами:

BI ₃ > BBr ₃ > BCl ₃ >> BF ₃

Однако вычислительные работы показывают, что это объяснение неверно, поскольку

Эффекты размера атомов
• важны в основном для заместителей, в которых связанный атом находится в ряду 3+ или выше
Эффект
• атомных размеров в основном связан с изменением степени перекрытия \ (\ sigma \).Другими словами, более крупные галогены в меньшей степени способны уменьшать дефицит электронов в центре бора за счет \ (\ sigma \) взаимодействий, в то время как \ (\ pi \) — взаимодействия играют небольшую роль или не играют никакой роли.

Артикул:

1. Plumley, J. A .; Эвансек Дж. Д. Периодические тенденции и индекс льюисовской кислотности бора. Журнал физической химии A 2009, 113 (20), 5985-5992.

2. Jupp, A.R .; Johnstone, T. C .; Стефан Д. У. Улучшение глобального индекса электрофильности (GEI) как показателя кислотности Льюиса. Неорганическая химия 2018, 57 (23), 14764-14771.

Сопряженные основания многих суперкислот Бренстеда имеют электроноакцепторные заместители, которые делают их такими плохими основаниями Льюиса, что они могут использоваться в качестве некоординирующих анионов.

Нереактивность сопряженных оснований суперкислоты Бренстеда по отношению к ионам водорода часто отражается в нереактивности по отношению к другим кислотам Льюиса / электрофилам, в первую очередь к металлам. Это делает эти вещества полезными в качестве инертных или некоординирующих ионов, хотя, поскольку все они реактивны по отношению к подходящим электрофильным центрам, их, возможно, лучше понимать как слабо координирующие.

Ряд некоординирующих анионов обычно используется в синтетических и других применениях. Основание, сопряженное с хлорной кислотой, перхлорат, было обычным некоординирующим инертным анионом в классической координационной химии и продолжает широко использоваться в электрохимии. Напротив, конъюгированные основания трифликовой кислоты, гексафторборной кислоты и тетрафлорборной кислоты теперь чаще используются в качестве противоионов при выделении реакционноспособных катионов.

Еще менее реакционноспособные некоординационные анионы включают производные тетрафенилбората, особенно с электроноакцепторными заместителями.- \)) и фторметиновые тетраалкоксиды алюминия.

Артикул:

Engesser, T. A .; Lichtenthaler, M. R .; Schleep, M .; Кроссинг И. Реактивные катионы p-блока, стабилизированные слабо координирующими анионами. Химическое общество обзоров 2016 , 45 (4 ), 789-899.

Авторы и авторство

Стивен М. Контакс, Вестмонт-колледж

Электронодонорная способность biochar резко занижена

Lehmann, J.И Джозеф С. Биочар за управление окружающей средой: наука, технология и внедрение (2-е изд.) (Рутледж, Абингдон, Великобритания, 2015 г.).

Xie, T., Reddy, K. R., Wang, C., Yargicoglu, E. & Spokas, K. Характеристики и применение Biochar для восстановления окружающей среды: обзор. Крит. Rev. Environ. Sci. Technol. 45, 939–969 (2015).

CAS Google ученый

Новак, Дж. М. и др. Влияние добавки биоугля на плодородие почвы юго-восточной прибрежной равнины.Почвоведение 174: 105–112 (2009).

ADS CAS Google ученый

Van Zwieten, L. et al. Влияние biochar от медленного пиролиза отходов бумажной фабрики на агрономические показатели и плодородие почвы. Почва растений 327, 235–246 (2010).

CAS Google ученый

Нгуен, Б. Т. и Леманн, Дж. Разложение черного углерода при различных водных режимах. Орг. Геохим.40, 846–853 (2009).

CAS Google ученый

Whitman, T., Zhu, Z. & Lehmann, J. Минерализация углерода определяет интерактивное влияние на минерализацию пирогенного органического вещества и органического углерода почвы. Environ. Sci. Technol. 48, 13727–13734 (2014).

ADS CAS PubMed Google ученый

Ли, Ф., Цао, X., Чжао, Л., Ван, Дж. И Дин, З.Влияние минеральных добавок на образование Biochar: удержание углерода, стабильность и свойства. Environ. Sci. Technol. 48. С. 11211–11217 (2014).

ADS CAS PubMed Google ученый

Ahmad, M. et al. Biochar как сорбент для борьбы с загрязнителями в почве и воде: обзор. Chemosphere 99, 19–33 (2014).

ADS CAS PubMed Google ученый

Кейс, S.Д. К., Макнамара, Н. П., Рей, Д. С. и Уитакер, Дж. Может ли biochar снизить выбросы парниковых газов в почву от биоэнергетических культур мискантуса? GCB Bioenergy 6, 76–89 (2014).

CAS Google ученый

Cayuela, M. L. et al. Биоуголь и денитрификация в почвах: когда, насколько и почему биоуголь снижает выбросы N2O? Sci. Отчет 3, 1732 (2013).

PubMed PubMed Central Google ученый

Сингх Б.П., Хаттон, Б. Дж., Сингх, Б., Коуи, А. Л., Катурия, А. Влияние биохаров на выбросы закиси азота и выщелачивание азота из двух контрастирующих почв. J. Environ. Qual. 2010. Т. 39. С. 1224–1235.

CAS Google ученый

Чжан, Х., Вороней, Р. П. и Прайс, Г. У. Влияние температуры и условий обработки на химические свойства биоугля и их влияние на превращения углерода и азота в почве. Soil Biol. Biochem.2015. Т. 83. С. 19–28.

CAS Google ученый

Brewer, C.E. et al. Новые подходы к измерению плотности и пористости biochar. Биомасса Биоэнергетика 66, 176–185 (2014).

CAS Google ученый

Chen, Z., Xiao, X., Chen, B. & Zhu, L. Количественная оценка химических состояний, констант диссоциации и содержания кислородсодержащих групп на поверхности биочаров, полученных при различных температурах.Environ. Sci. Technol. 49. С. 309–317 (2015).

ADS CAS PubMed Google ученый

Cornelissen, G. et al. Сорбция чистого N2O биохарами и другими органическими и неорганическими материалами в безводных условиях. Environ. Sci. Technol. 47, 7704–7712 (2013).

ADS CAS PubMed Google ученый

Манья, Дж. Дж. Пиролиз для целей Biochar: обзор для установления текущих пробелов в знаниях и потребностей в исследованиях.Environ. Sci. Technol. 46, 7939–7954 (2012).

ADS PubMed Google ученый

Hale, S., Hanley, K., Lehmann, J., Zimmerman, A. & Cornelissen, G. Влияние химического, биологического и физического старения, а также добавления почвы на сорбцию пирена активированным углем и Biochar. Environ. Sci. Technol. 45, 10445–10453 (2011).

ADS CAS PubMed Google ученый

Мукерджи, А., Циммерман, А. Р. и Харрис, В. Вариации химического состава поверхности среди ряда производимых в лаборатории биочаров. Геодерма 163. С. 247–255 (2011).

ADS CAS Google ученый

Грабер, Э. Р., Цечанский, Л., Лью, Б. и Коэн, Э. Снижение способности водных экстрактов биохаров и их солюбилизация почвенного Mn и Fe. Евро. J. Почвоведение. 65. С. 162–172 (2014).

CAS Google ученый

Клюпфель, Л., Кейлувейт, М., Клебер, М. и Сандер, М. Редокс-свойства черного углерода, полученного из биомассы растений (Biochar). Environ. Sci. Technol. 48. С. 5601–5611 (2014).

ADS PubMed Google ученый

Quin, P. et al. Снижение выбросов N2O из почв с помощью эвкалиптового биоугля: важность окислительно-восстановительных реакций. Sci. Отчет 5, 16773 (2015).

ADS CAS PubMed PubMed Central Google ученый

Сакинг, Дж.М., Ю., Ю.-Х. И Чиу, П. С. Древесный черный углерод (Biochar) как микробный донор и акцептор электронов. Environ. Sci. Technol. Lett. 3. С. 62–66 (2016).

CAS Google ученый

Joseph, S. et al. Электрохимические свойства биохаров и их влияние на окислительно-восстановительные свойства и процессы почвы. Агрономия 5, 322–340 (2015).

CAS Google ученый

О, с.Ю., Сон, Дж. Дж. И Чиу, П. С. Биочар-опосредованная восстановительная трансформация нитрогербицидов и взрывчатых веществ. Environ. Toxicol. Chem. 32, 501–508 (2013).

CAS PubMed Google ученый

Яо, Ю., Гао, Б., Ву, Ф., Чжан, К. и Ян, Л. Конструированный биочар из остатков биотоплива: характеристика и его потенциал удаления серебра. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 7, 10634–10640 (2015).

CAS PubMed Google ученый

Ю., Л., Wang, Y., Yuan, Y., Tang, J. & Zhou, S. Biochar как акцептор электронов для микробного внеклеточного дыхания. Geomicrobiol. J. 33, 530–536 (2015).

Google ученый

Kappler, A. et al. Биочар как электронный челнок между бактериями и минералами Fe (III). Environ. Sci. Technol. Lett. 2014. Т. 1. С. 339–344.

CAS Google ученый

Ю, Л., Юань, Ю., Tang, J., Wang, Y. & Zhou, S. Biochar в качестве электронного челнока для восстановительного дехлорирования пентахлорфенола с помощью Geobacter surreducens. Sci. Отчет 5, 16221 (2015).

ADS CAS PubMed PubMed Central Google ученый

Превото, А. и др. Гидродинамическая хроноамперометрия для исследования кинетики анаэробного микробного метаболизма на примере Faecalibacterium prausnitzii. Sci. Отчет 5, 11484 (2015).

ADS PubMed PubMed Central Google ученый

Эшбахер, М., Вергари, Д., Шварценбах, Р. П. и Сандер, М. Электрохимический анализ протонного и электронного переноса равновесия восстанавливаемых фрагментов в гуминовых кислотах. Environ. Sci. Technol. 45, 8385–8394 (2011).

ADS CAS PubMed Google ученый

Стинкен С. и Нета П. Одноэлектронные окислительно-восстановительные потенциалы фенолов. Гидрокси- и аминофенолы и родственные соединения, представляющие биологический интерес. J. Phys. Chem. 86, 3661–3667 (1982).

CAS Google ученый

Лин, Ю., Манро, П., Джозеф, С., Хендерсон, Р., Циолковски, А. Экстрагируемый водой органический углерод в необработанных и химически обработанных биочарах. Chemosphere 87, 151–157 (2012).

ADS CAS PubMed Google ученый

Лю П., Птачек К. Дж., Блоуес Д. У., Берти В. Р. и Ландис Р. С. Водное выщелачивание органических кислот и растворенного органического углерода из различных биогаров, полученных при различных температурах.J. Environ. Qual. 2015. Т. 44. С. 684–695.

CAS PubMed Google ученый

Харви, О. Р., Герберт, Б. Э., Куо, Л.-Дж. И Лушуарн П. Обобщенная двумерная корреляционная инфракрасная спектроскопия выявляет механизмы развития поверхностного заряда и сопротивляемости биохарам растительного происхождения. Environ. Sci. Technol. 46, 10641–10650 (2012).

ADS CAS PubMed Google ученый

Сингх Б.П., Коуи, А. Л., Смерник, Р. Дж. Стабильность углерода Biochar в глинистой почве в зависимости от исходного сырья и температуры пиролиза. Environ. Sci. Technol. 46, 11770–11778 (2012).

ADS CAS PubMed Google ученый

Bourbonnais, R., Leech, D. & Paice, M. G. Электрохимический анализ взаимодействий медиаторов лакказы с модельными соединениями лигнина. Биохим. Биофиз. Acta 1379, 381–390 (1998).

CAS PubMed Google ученый

Сандер, М., Хофстеттер, Т. Б. и Горски, К. А. Электрохимический анализ окислительно-восстановительных минералов железа: обзор немедленных и опосредованных подходов. Environ. Sci. Technol. 49. С. 5862–5878 (2015).

ADS CAS PubMed Google ученый

Превото, А. и Фор, С. Влияние многослойных липосом луковичного типа на активность и стабильность лакказы Trametes versicolor. Биохимия, 94, 59–65 (2012).

PubMed Google ученый

Маккой-Мессер, Дж.М. и Бейтман, Р. С. Младший. Нестабильность продукта реакции ABTS / пероксидаза в биологических буферах. BioTechniques 15, 270–273 (1993).

CAS PubMed Google ученый

Reymond, J.-L. Ферментные анализы: высокопроизводительный скрининг, генетический отбор и снятие отпечатков пальцев (Wiley-VCH, Weinheim, Германия, 2006).

Эшбахер М., Граф К., Шварценбах Р. П. и Сандер М. Антиоксидантные свойства гуминовых веществ.Environ. Sci. Technol. 46, 4916–4925 (2012).

ADS CAS PubMed Google ученый

Хейс, М. Х. Б., Взаимосвязь между биочаром и гуминовыми веществами почвы, В книге «Функции естественного органического вещества в изменяющейся окружающей среде» 959–963 (Springer, Нидерланды, 2013).

Guo, K. et al. Обработка углеродного войлока поверхностно-активными веществами усиливает анодный микробный электрокатализ в биоэлектрохимических системах. Электрохим.Commun. 2014. Т. 39. С. 1–4.

ADS Google ученый

Макдоннелл, Г. и Рассел, А. Д. Антисептики и дезинфицирующие средства: активность, действие и устойчивость. Clin. Microbiol. Ред. 12, 147–179 (1999).

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

Бард, А. Дж. И Фолкнер, Л. Р. Электрохимические методы: основы и приложения (2-е изд.) (Wiley, Нью-Йорк, 2001).

Барсан, М. М., Пинто, Э. М. и Бретт, К. М. А. Электрополимеризация метиленового синего и нейтрального красного на AuQCM и на модифицированных электродах AuQCM: электрохимическое и гравиметрическое исследование. PCCP 13, 5462–5471 (2011).

ADS CAS PubMed Google ученый

Дьюар М. Дж. С. и Накая Т. Окислительное сочетание фенолов. Варенье. Chem. Soc. 90, 7134–7135 (1968).

CAS Google ученый

Санчес-Кортес, С., Франциозо, О., Гарсиа-Рамос, Дж. В., Чаватта, К. и Гесса, К. Полимеризация катехолов в присутствии поверхности серебра. Colloids Surf. Physicochem. Англ. Аспекты 176, 177–184 (2001).

Google ученый

Кобаяши С. и Хигашимура Х. О окислительной полимеризации фенолов еще раз. Прог. Polym. Sci. 28, 1015–1048 (2003).

CAS Google ученый

Хейнс, К.Г., Тернер, А. Х. и Уотерс, В. А. Окисление одноатомных фенолов щелочным феррицианидом. J. Chem. Soc. 2823–2831 (1956).

д’Акунцо, Ф., Галли, К., Джентили, П. и Серджи, Ф. Механистические и стерические аспекты окисления фенольных и нефенольных соединений лакказа или лакказа-медиаторные системы. Случай бифункциональных подложек. New J. Chem. 30, 583–591 (2006).

Google ученый

Ритцтиг, К.и другие. Полимеризация гваякола и фенольной β-O-4-субструктуры лакказой траметеширсута в присутствии ABTS. Biotechnol. Прогр. 19, 1505–1509 (2003).

CAS Google ученый

Joseph, S.D. et al. Исследование реакций biochar в почве. Soil Res. 48, 501–515 (2010).

CAS Google ученый

Chen, S. et al. Содействие межвидовой передаче электронов с помощью Biochar.Sci. Отчет 4. С. 5019 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

Xu, W., Pignatello, JJ & Mitch, WA Роль электропроводности черного углерода в опосредовании превращения гексагидро-1,3,5-тринитро-1,3,5-триазина (RDX) на поверхности углерода сульфидами . Environ. Sci. Technol. 47, 7129–7136 (2013).

ADS CAS PubMed Google ученый

Начениус, Р.W., van de Wardt, T. A., Ronsse, F. & Prins, W. Торрефикация сосны в лабораторном реакторе с винтовым конвейером. Биомасса Биоэнергетика 79, 96–104 (2014).

Google ученый

Ронс, Ф., Ван Хек, С., Дикинсон, Д. и Принс, В. Производство и характеристика биоугля медленного пиролиза: влияние типа сырья и условий пиролиза. GCB Bioenergy 5, 104–115 (2013).

CAS Google ученый

Американское общество испытаний и материалов (ASTM) D5373-02.Методы испытаний для определения углерода, водорода и азота в пробах для анализа угля и углерода в пробах для анализа угля и кокса (Вест Коншохокен, Пенсильвания, США, 2002).

Американское общество испытаний и материалов (ASTM) D1762-84. Стандартный метод химического анализа древесного угля (Вест Коншохокен, Пенсильвания, США, 1984).

Heli, H., Bathaie, S. Z. & Mousavi, M. F. Электрохимическое исследование связывания нейтрального красного с ДНК на поверхности.Электрохим. Commun. 6. С. 1114–1118 (2004).

CAS Google ученый

Кестин Дж., Халифа Х. Э. и Коррейа Р. Дж. Таблицы динамической и кинематической вязкости водных растворов NaCl в диапазоне температур 20–150 ° C и давления 0,1–35 МПа. J. Phys. Chem. Ref. Данные 10, 71–88 (1981).

ADS CAS Google ученый

Калбертсон, К.Т., Якобсон, С. С. и Майкл Рэмси, Дж. Измерения коэффициента диффузии в микрофлюидных устройствах. Таланта 56, 365–373 (2002).

CAS PubMed Google ученый

Масиелло, К. А., Галлахер, М. Е., Рандерсон, Дж. Т., Деко, Р. М. и Чедвик, О. А. Оценка двух экспериментальных подходов для измерения степени окисления углерода экосистемы и степени окисления. J. Geophys. Res. Biogeosci. 113, G03010 (2008).

ADS Google ученый

Кох, Б.П. и Диттмар Т. От массы к структуре: индекс ароматичности для данных о массе природного органического вещества с высоким разрешением. Rapid Commun. Масс-спектрометрия. 20, 926–932 (2006).

ADS CAS Google ученый

Свободные радикалы, антиоксиданты и функциональные продукты питания: влияние на здоровье человека

Pharmacogn Rev. Июль-декабрь 2010 г .; 4 (8): 118–126.

В. Лобо

Кафедра ботаники, Колледж Бирла, Калян — 421 304, Махарастра, Индия .

А. Патил

Отделение ботаники, Колледж Бирла, Калян — 421 304, Махарастра, Индия .

А. Фатак

Отделение ботаники, Колледж Бирла, Калян — 421 304, Махарастра, Индия .

Н. Чандра

Кафедра ботаники, Колледж Бирла, Калян — 421 304, Махарастра, Индия .

Отделение ботаники, Колледж Бирла, Калян — 421 304, Махарастра, Индия .

Адрес для корреспонденции: Mrs.Виджая Чаван Лобо, факультет ботаники, колледж Бирла, Калян — 421 301, Индия. E-mail: moc.liamffider@obolayajiv

Поступила в редакцию 4 марта 2010 г .; Пересмотрено 8 марта 2010 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Unported, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы .

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

В последние годы большое внимание уделяется химии свободных радикалов.Свободные радикалы. Активные формы кислорода и активные формы азота генерируются нашим телом различными эндогенными системами, воздействием различных физико-химических условий или патологических состояний. Баланс между свободными радикалами и антиоксидантами необходим для правильного физиологического функционирования. Если свободные радикалы подавляют способность организма регулировать их, возникает состояние, известное как окислительный стресс. Таким образом, свободные радикалы неблагоприятно изменяют липиды, белки и ДНК и вызывают ряд заболеваний человека.Следовательно, применение внешнего источника антиоксидантов может помочь справиться с окислительным стрессом. Недавно сообщалось, что синтетические антиоксиданты, такие как бутилированный гидрокситолуол и бутилированный гидроксианизол, опасны для здоровья человека. Таким образом, в последние годы активизировался поиск эффективных, нетоксичных природных соединений, обладающих антиоксидантной активностью. В настоящем обзоре представлен краткий обзор клеточных повреждений, опосредованных окислительным стрессом, и роли диетических антиоксидантов как функциональных продуктов питания в лечении заболеваний человека.

Ключевые слова: Старение, антиоксидант, свободные радикалы, окислительный стресс

ВВЕДЕНИЕ

Недавний рост знаний о свободных радикалах и активных формах кислорода (АФК) в биологии произвел революцию в медицине, которая обещает новую эру здоровья и лечение заболеваний. [1] Парадоксально, что кислород, незаменимый для жизни элемент [2], в определенных ситуациях оказывает пагубное воздействие на человеческий организм [3]. Большинство потенциально вредных воздействий кислорода связано с образованием и активностью ряда химических соединений, известных как АФК, которые имеют тенденцию отдавать кислород другим веществам.Свободные радикалы и антиоксиданты стали широко используемыми терминами в современных дискуссиях о механизмах заболевания. [4]

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ

Свободный радикал можно определить как любую молекулу, способную к независимому существованию, которая содержит неспаренный электрон на атомной орбитали. Наличие неспаренного электрона приводит к определенным общим свойствам, которые присущи большинству радикалов. Многие радикалы нестабильны и обладают высокой реакционной способностью. Они могут либо отдавать электрон, либо принимать электрон от других молекул, поэтому ведут себя как окислители или восстановители.[5] Наиболее важными кислородсодержащими свободными радикалами при многих болезненных состояниях являются гидроксильный радикал, супероксид-анион-радикал, перекись водорода, синглет кислорода, гипохлорит, радикал оксида азота и радикал пероксинитрита. Это высокоактивные виды, способные в ядре и в мембранах клеток повреждать биологически значимые молекулы, такие как ДНК, белки, углеводы и липиды. [6] Свободные радикалы атакуют важные макромолекулы, что приводит к повреждению клеток и нарушению гомеостаза.Мишени свободных радикалов включают в себя все виды молекул в организме. Среди них основными мишенями являются липиды, нуклеиновые кислоты и белки.

Производство свободных радикалов в организме человека

Свободные радикалы и другие АФК происходят либо в результате нормальных основных метаболических процессов в организме человека, либо из внешних источников, таких как воздействие рентгеновских лучей, озона, курения сигарет, загрязнителей воздуха и промышленные химикаты. [3] Образование свободных радикалов происходит в клетках непрерывно в результате как ферментативных, так и неферментативных реакций.Ферментативные реакции, которые служат источником свободных радикалов, включают те, которые участвуют в дыхательной цепи, в фагоцитозе, в синтезе простагландинов и в системе цитохрома P-450. [7] Свободные радикалы также могут образовываться в неферментативных реакциях кислорода с органическими соединениями, а также в реакциях ионизации.

Некоторыми внутренними источниками свободных радикалов являются [8]

• Митохондрии

• Ксантиноксидаза

• Пероксисомы

• Воспаление

• Фагоцитоз

• Фагоцитоз

  0

• Арахисовые пути

• Ишемия / реперфузионное повреждение

• Некоторые внешние источники свободных радикалов:

• Сигаретный дым

• Загрязнители окружающей среды

• Радиация

• Некоторые лекарства, пестициды

Промышленные растворители

• Озон

Свободные радикалы в биологии

Ожидается, что реакции свободных радикалов вызовут прогрессирующие неблагоприятные изменения, которые с возрастом накапливаются во всем организме [].Такие «нормальные» изменения с возрастом относительно характерны для всех. Однако на эту общую закономерность накладываются закономерности, на которые влияют генетические факторы и различия в окружающей среде, которые модулируют повреждение свободными радикалами. Они проявляются как болезни в определенном возрасте, определяемые генетическими факторами и факторами окружающей среды. Рак и атеросклероз, две основные причины смерти, являются основными заболеваниями «свободных радикалов». Возникновение и распространение рака связано с хромосомными дефектами и активацией онкогенов. Возможно, что эндогенные свободнорадикальные реакции, например инициированные ионизирующим излучением, могут привести к образованию опухоли.Высоко значимая корреляция между потреблением жиров и масел и уровнем смертности от лейкемии и злокачественных новообразований груди, яичников и прямой кишки среди людей старше 55 лет может быть отражением более сильного перекисного окисления липидов [9]. Исследования атеросклероза показывают вероятность того, что заболевание может быть вызвано реакциями свободных радикалов с участием липидов пищевого происхождения в стенке артерий и сыворотки крови с выделением пероксидов и других веществ. Эти соединения вызывают повреждение эндотелиальных клеток и вызывают изменения в стенках артерий.[10]

Таблица 1

КОНЦЕПЦИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА

Этот термин используется для описания состояния окислительного повреждения, возникающего, когда критический баланс между образованием свободных радикалов и антиоксидантной защитой неблагоприятен. [14] Окислительный стресс, возникающий в результате дисбаланса между производством свободных радикалов и антиоксидантной защитой, связан с повреждением широкого спектра молекулярных видов, включая липиды, белки и нуклеиновые кислоты. [15] Кратковременный окислительный стресс может возникать в тканях, поврежденных травмой, инфекцией, тепловым повреждением, гипертоксией, токсинами и чрезмерными упражнениями.Эти поврежденные ткани производят повышенные ферменты, генерирующие радикалы (например, ксантиноксидаза, липогеназа, циклооксигеназа), активацию фагоцитов, высвобождение свободного железа, ионов меди или нарушение цепей переноса электронов окислительного фосфорилирования, производя избыток АФК. Возникновение, развитие и прогрессирование рака, а также побочные эффекты лучевой и химиотерапии были связаны с дисбалансом между ROS и системой антиоксидантной защиты. АФК участвуют в индукции и осложнениях сахарного диабета, возрастных заболеваний глаз и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона.[16]

Окислительный стресс и болезни человека

Роль окислительного стресса постулируется во многих состояниях, включая антерсклероз, воспалительные состояния, некоторые виды рака и процесс старения. В настоящее время считается, что оксидативный стресс вносит значительный вклад во все воспалительные заболевания (артрит, васкулит, гломерулонефрит, красная волчанка, синдром респираторных заболеваний взрослых), ишемические заболевания (болезни сердца, инсульт, ишемия кишечника), гемохроматоз, синдром приобретенного иммунодефицита, эмфизема и т. трансплантация органов, язва желудка, гипертония и преэклампсия, неврологические расстройства (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, мышечная дистрофия), алкоголизм, заболевания, связанные с курением, и многие другие.[17] Избыток окислительного стресса может привести к окислению липидов и белков, что связано с изменениями их структуры и функций.

Сердечно-сосудистые заболевания

Сердечно-сосудистые заболевания продолжают оставаться главной причиной смерти, на которую приходится около половины всех смертей. Следовательно, окислительные процессы могут влиять на сердечно-сосудистые заболевания; он может принести огромную пользу для здоровья и продолжительности жизни. Полиненасыщенные жирные кислоты являются основной частью липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) в крови, и окисление этих липидных компонентов в ЛПНП играет жизненно важную роль при атеросклерозе.[18] Три наиболее важных типа клеток в стенке сосуда — эндотелиальные клетки; гладкомышечные клетки и макрофаги могут выделять свободные радикалы, которые влияют на перекисное окисление липидов. [19] При постоянном высоком уровне окисленных липидов повреждение кровеносных сосудов в процессе реакции продолжается и может привести к образованию пенистых клеток и появлению налетов симптомов атеросклероза. Окисленный ЛПНП является антерогеном и, как полагают, играет важную роль в образовании бляшек от антисклероза. Кроме того, окисленные ЛПНП цитотоксичны и могут напрямую повреждать эндотелиальные клетки.Антиоксиданты, такие как B-каротин или витамин E, играют жизненно важную роль в профилактике различных сердечно-сосудистых заболеваний.

Канцерогенез

Активные формы кислорода и азота, такие как супероксид-анион, перекись водорода, гидроксильный радикал и оксид азота, а также их биологические метаболиты также играют важную роль в канцерогенезе. АФК вызывают повреждение ДНК, поскольку реакция свободных радикалов с ДНК включает модификацию основания разрыва цепи и перекрестные связи белков ДНК. Многие исследователи предположили участие свободных радикалов в канцерогенезе, мутации и трансформации; ясно, что их присутствие в биосистеме может привести к мутации, трансформации и, в конечном итоге, к раку.Индукция мутагенеза, наиболее известного из биологических эффектов радиации, происходит в основном за счет повреждения ДНК HO. Радикальные и другие виды образуются радиолизом, а также прямым радиационным воздействием на ДНК, реакционным воздействием на ДНК. Реакция HO. Радикалы в основном представляют собой присоединение к двойной связи пиримидиновых оснований и отрыв водорода от сахарного фрагмента, что приводит к цепной реакции ДНК. Эти эффекты вызывают мутагенез клеток и канцерогенез, перекиси липидов также ответственны за активацию канцерогенов.

Антиоксиданты могут снижать канцерогенез, вызванный окислительным стрессом, путем прямого удаления АФК и / или ингибирования пролиферации клеток, вторичной по отношению к фосфорилированию белка. B-каротин может защищать от рака благодаря своей антиоксидантной функции, потому что продукты окисления могут вызывать генетические повреждения. Таким образом, фотозащитные свойства B-каротина могут защищать от канцерогенеза, вызванного ультрафиолетовым светом. Иммуноусиление B-каротина может способствовать защите от рака.B-каротин также может оказывать антиканцерогенное действие, изменяя метаболизм канцерогенов в печени. [20] Витамин С может помочь предотвратить рак. [21] Возможные механизмы, с помощью которых витамин С может влиять на канцерогенез, включают антиоксидантные эффекты, блокирование образования нитрозанимов, усиление иммунного ответа и ускорение детоксикации ферментов печени. Витамин Е, важный антиоксидант, играет роль в иммунокомпетентности за счет повышения гуморальной защиты антител, устойчивости к бактериальным инфекциям, клеточного иммунитета, выработки фактора некроза опухоли Т-лимфоцитами, ингибирования образования мутагена, восстановления мембран в ДНК и блокирования. формирование микроклеточной линии.[22] Таким образом, витамин E может быть полезен для профилактики рака и подавления канцерогенеза за счет стимуляции иммунной системы. Введение смеси трех вышеуказанных антиоксидантов выявило наибольшее снижение риска развития рака сердца.

Свободные радикалы и старение

Человеческое тело находится в постоянной борьбе за то, чтобы не стареть. Исследования показывают, что повреждение клеток свободными радикалами приводит к патологическим изменениям, связанным со старением. [23] Растущее число заболеваний или расстройств, а также сам процесс старения демонстрируют прямую или косвенную связь с этими реактивными и потенциально деструктивными молекулами.[24] Основной механизм старения связан с ДНК или накоплением клеточных и функциональных повреждений. [25] Уменьшение количества свободных радикалов или снижение скорости их образования может замедлить старение. Некоторые пищевые антиоксиданты замедляют процесс старения и предотвращают болезни. На основании этих исследований выяснилось, что повышенный окислительный стресс обычно возникает в процессе старения, а антиоксидантный статус может значительно влиять на эффекты окислительного повреждения, связанные с пожилым возрастом.Исследования показывают, что свободные радикалы оказывают значительное влияние на старение, что повреждение свободными радикалами можно контролировать с помощью адекватной антиоксидантной защиты и что оптимальное потребление антиоксидантных питательных веществ может способствовать повышению качества жизни. Недавние исследования показывают, что антиоксидант может даже положительно влиять на продолжительность жизни.

Окислительное повреждение белка и ДНК

Окислительное повреждение белка

Окислительная модификация белков может происходить тремя способами: окислительная модификация конкретной аминокислоты, опосредованное свободными радикалами расщепление пептида и образование поперечных связей белка из-за реакции с липидом продукты перекисного окисления.Белки, содержащие аминокислоты, такие как метионин, цистеин, аргинин и гистидин, по-видимому, наиболее уязвимы для окисления. [26] Модификация белков, опосредованная свободными радикалами, увеличивает восприимчивость к ферментному протеолизу. Окислительное повреждение белковых продуктов может повлиять на активность ферментов, рецепторов и мембранный транспорт. Белковые продукты, поврежденные окислением, могут содержать очень реактивные группы, которые могут способствовать повреждению мембраны и многих клеточных функций. Пероксильный радикал обычно считается разновидностью свободных радикалов для окисления белков.АФК могут повреждать белки и производить карбонилы и другие модификации аминокислот, включая образование сульфоксида метионина и карбонилов белка, и другие модификации аминокислот, включая образование сульфоксида метионина и пероксида белка. Окисление белков влияет на изменение механизма передачи сигнала, активности ферментов, термостабильности и восприимчивости к протеолизу, что приводит к старению.

Перекисное окисление липидов

Окислительный стресс и окислительная модификация биомолекул вовлечены в ряд физиологических и патофизиологических процессов, таких как старение, артеросклеоз, воспаление и канцерогенез, а также токсичность лекарств.Перекисное окисление липидов — это свободнорадикальный процесс, в котором участвует источник вторичных свободных радикалов, который, кроме того, может действовать как вторичный посредник или может напрямую реагировать с другой биомолекулой, усиливая биохимические поражения. Перекисное окисление липидов происходит на полинасыщенных жирных кислотах, расположенных на клеточных мембранах, и далее протекает по цепной радикальной реакции. Считается, что гидроксильный радикал инициирует АФК и удаляет атом водорода, таким образом образуя липидный радикал и затем превращаясь в диеновый конъюгат. Далее, при добавлении кислорода он образует пероксильный радикал; этот высокореактивный радикал атакует другую жирную кислоту, образуя гидропероксид липида (LOOH) и новый радикал.Таким образом распространяется перекисное окисление липидов. В результате перекисного окисления липидов образуется ряд соединений, например алканы, маланоальдегид и изопротаны. Эти соединения используются в качестве маркеров в анализе перекисного окисления липидов и были проверены при многих заболеваниях, таких как нейрогенеративные заболевания, ишемическое реперфузионное повреждение и диабет. [27]

Окислительное повреждение ДНК

Многие эксперименты ясно показывают, что ДНК и РНК подвержены окислительному повреждению. Сообщалось, что ДНК считается основной мишенью, особенно при старении и раке.[28] Было обнаружено, что окислительные нуклеотиды, такие как гликоль, dTG и 8-гидрокси-2-дезоксигуанозин, повышаются во время окислительного повреждения ДНК под действием УФ-излучения или повреждения свободными радикалами. Сообщалось, что митохондриальная ДНК более восприимчива к окислительному повреждению, которое играет роль во многих заболеваниях, включая рак. Было высказано предположение, что 8-гидрокси-2-дезоксигуанозин можно использовать в качестве биологического маркера окислительного стресса. [29]

АНТИОКСИДАНТЫ

Антиоксидант — это молекула, достаточно стабильная, чтобы отдать электрон буйствующему свободному радикалу и нейтрализовать его, тем самым уменьшая его способность к повреждению.Эти антиоксиданты задерживают или ингибируют повреждение клеток, главным образом благодаря их способности улавливать свободные радикалы. [30] Эти низкомолекулярные антиоксиданты могут безопасно взаимодействовать со свободными радикалами и прекращать цепную реакцию до того, как будут повреждены жизненно важные молекулы. Некоторые из таких антиоксидантов, включая глутатион, убихинол и мочевую кислоту, вырабатываются в ходе нормального метаболизма в организме. [31] В рационе содержатся и другие более легкие антиоксиданты. Хотя в организме есть несколько ферментных систем, которые улавливают свободные радикалы, основными антиоксидантами, содержащими питательные микроэлементы (витамины), являются витамин E (α-токоферол), витамин C (аскорбиновая кислота) и B-каротин.[32] Организм не может производить эти питательные микроэлементы, поэтому они должны поступать с пищей.

История

Термин «антиоксидант» первоначально использовался для обозначения химического вещества, предотвращающего потребление кислорода. В конце 19-го и начале 20-го века обширные исследования были посвящены использованию антиоксидантов в важных промышленных процессах, таких как предотвращение коррозии металлов, вулканизация резины и полимеризация топлива при загрязнении двигателей внутреннего сгорания.[33]

Ранние исследования роли антиоксидантов в биологии были сосредоточены на их использовании для предотвращения окисления ненасыщенных жиров, которое является причиной прогорклости. [34] Антиоксидантную активность можно было измерить, просто поместив жир в закрытый контейнер с кислородом и измерив скорость потребления кислорода. Однако именно идентификация витаминов A, C и E как антиоксидантов произвела революцию в этой области и привела к осознанию важности антиоксидантов в биохимии живых организмов.[35,36] Возможные механизмы действия антиоксидантов были впервые исследованы, когда было признано, что вещество, обладающее антиоксидантной активностью, скорее всего, само по себе легко окисляется. [37] Исследование того, как витамин E предотвращает процесс перекисного окисления липидов, привело к идентификации антиоксидантов как восстановителей, предотвращающих окислительные реакции, часто за счет удаления АФК до того, как они смогут повредить клетки. [38]

Антиоксидантная защитная система

Антиоксиданты действуют как поглотители радикалов, доноры водорода, доноры электронов, разлагатели пероксидов, гасители синглетного кислорода, ингибиторы ферментов, синергисты и хелатирующие металлы агенты.Как ферментные, так и неферментативные антиоксиданты существуют во внутриклеточной и внеклеточной среде для детоксикации АФК [39].

Механизм действия антиоксидантов

Было предложено два основных механизма действия антиоксидантов. [40] Первый — это механизм разрыва цепи, с помощью которого первичный антиоксидант отдает электрон свободному радикалу, присутствующему в системах. Второй механизм включает удаление инициаторов активных форм азота / активных форм азота (вторичных антиоксидантов) путем гашения катализатора, инициирующего цепь.Антиоксиданты могут оказывать свое влияние на биологические системы посредством различных механизмов, включая донорство электронов, хелатирование ионов металлов, соантиоксиданты или регуляцию экспрессии генов. [41]

Уровни антиоксидантного действия

Антиоксиданты, действующие в системах защиты, действуют на разных уровнях, таких как профилактика, удаление радикалов, восстановление и de novo, а также четвертая линия защиты, то есть адаптация.

Первая линия защиты — профилактические антиоксиданты, подавляющие образование свободных радикалов.Хотя точный механизм и место образования радикалов in vivo еще хорошо не выяснены, индуцированное металлами разложение гидропероксидов и перекиси водорода должно быть одним из важных источников. Чтобы подавить такие реакции, некоторые антиоксиданты заранее восстанавливают гидропероксиды и перекись водорода до спиртов и воды, соответственно, без образования свободных радикалов и некоторых белков, секвестрирующих ионы металлов.

Глутатионпероксидаза, глутатион-s-трансфераза, фосфолипидгидропероксид, глутатионпероксидаза (PHGPX) и пероксидаза, как известно, разлагают гидропероксиды липидов до соответствующих спиртов.PHGPX уникален тем, что может восстанавливать гидропероксиды фосфолипидов, интегрированные в биомембраны. Глутатионпероксидаза и каталаза восстанавливают перекись водорода до воды.

Вторая линия защиты — это антиоксиданты, которые улавливают активные радикалы, подавляя инициирование цепи и / или прерывая реакции роста цепи. Известны различные эндогенные антиоксиданты, улавливающие радикалы: некоторые из них являются гидрофильными, а другие — липофильными. Витамин C, мочевая кислота, билирубин, альбумин и тиолы являются гидрофильными антиоксидантами, улавливающими радикалы, в то время как витамин E и убихинол являются липофильными антиоксидантами, улавливающими радикалы.Витамин Е считается наиболее мощным липофильным антиоксидантом, улавливающим радикалы.

Третья линия защиты — это ремонтные антиоксиданты и de novo . Протеолитические ферменты, протеиназы, протеазы и пептидазы, присутствующие в цитозоле и митохондриях клеток млекопитающих, распознают, разлагают и удаляют окислительно модифицированные белки и предотвращают накопление окисленных белков.

Системы репарации ДНК также играют важную роль в общей системе защиты от окислительного повреждения.Известны различные виды ферментов, таких как гликозилазы и нуклеазы, которые восстанавливают поврежденную ДНК.

Есть еще одна важная функция, называемая адаптацией, когда сигнал для производства и реакции свободных радикалов индуцирует образование и транспортировку соответствующего антиоксиданта в нужное место. [42]

ENZYMATIC

Типы антиоксидантов

Клетки защищены от окислительного стресса взаимодействующей сетью антиоксидантных ферментов. [43] Здесь супероксид, высвобождаемый в результате таких процессов, как окислительное фосфорилирование, сначала превращается в перекись водорода, а затем восстанавливается с образованием воды.Этот путь детоксикации является результатом действия нескольких ферментов: супероксиддисмутазы катализируют первую стадию, а затем каталазы и различные пероксидазы удаляют перекись водорода. [44]

Супероксиддисмутаза

Супероксиддисмутазы (SOD) — это класс тесно связанных ферментов, которые катализируют распад супероксид-аниона на кислород и перекись водорода. [45,46] Ферменты SOD присутствуют почти во всех аэробных клетках и во внеклеточных жидкостях. . [47] Существует три основных семейства супероксиддисмутазы, в зависимости от кофактора металла: Cu / Zn (который связывает медь и цинк), типы Fe и Mn (которые связывают железо или марганец) и, наконец, тип Ni, который связывает никель.[48] ​​У высших растений изоферменты СОД локализованы в различных клеточных компартментах. Mn-SOD присутствует в митохондриях и пероксисомах. Fe-SOD был обнаружен в основном в хлоропластах, но также был обнаружен в пероксисомах, а CuZn-SOD был локализован в цитозоле, хлоропластах, пероксисомах и апопластах. [48-50]

У людей (как и у всех других млекопитающих и других млекопитающих). большинство хордовых) присутствуют три формы супероксиддисмутазы. SOD1 находится в цитоплазме, SOD2 — в митохондриях, а SOD3 — внеклеточный.Первый — димер (состоит из двух звеньев), остальные — тетрамеры (четыре субъединицы). SOD1 и SOD3 содержат медь и цинк, в то время как SOD2 имеет марганец в своем реактивном центре. [51]

Каталаза

Каталаза — это распространенный фермент, обнаруженный почти во всех живых организмах, которые подвергаются воздействию кислорода, где он действует, чтобы катализировать разложение перекиси водорода до воды и кислорода. [52] Перекись водорода является вредным побочным продуктом многих нормальных метаболических процессов: чтобы предотвратить повреждение, ее необходимо быстро преобразовать в другие, менее опасные вещества.С этой целью клетки часто используют каталазу, чтобы быстро катализировать разложение перекиси водорода на менее реактивные газообразные молекулы кислорода и воды. [53] Все известные животные используют каталазу во всех органах, особенно в печени. [54]

Системы глутатиона

Система глутатиона включает глутатион, глутатионредуктазу, пероксидазы глутатиона и S-трансферазы глутатиона. Эта система обнаружена у животных, растений и микроорганизмов.[55] Глутатионпероксидаза — это фермент, содержащий четыре кофактора селена, которые катализируют распад перекиси водорода и органических гидропероксидов. У животных существует по крайней мере четыре различных изофермента глутатионпероксидазы. [56] Глутатионпероксидаза 1 является наиболее распространенным и очень эффективным поглотителем перекиси водорода, в то время как глутатионпероксидаза 4 наиболее активна с гидропероксидами липидов. S-трансферазы глутатиона проявляют высокую активность в отношении перекисей липидов. Эти ферменты находятся на особенно высоком уровне в печени и также участвуют в детоксикационном метаболизме.[57]

НЕФЕНЗИМАТИЧЕСКАЯ

Аскорбиновая кислота

Аскорбиновая кислота или «витамин С» представляет собой моносахаридный антиоксидант, обнаруженный как у животных, так и у растений. Поскольку он не может быть синтезирован в организме человека и должен быть получен с пищей, это витамин. [58] Большинство других животных способны вырабатывать это соединение в своем организме и не нуждаются в нем в своем рационе. В клетках он сохраняется в восстановленной форме за счет реакции с глутатионом, которая может катализироваться протеиндисульфидизомеразой и глутаредоксинами.[59] Аскорбиновая кислота является восстанавливающим агентом и может снижать и тем самым нейтрализовать АФК, такие как перекись водорода. [60] Помимо прямого антиоксидантного действия, аскорбиновая кислота также является субстратом для антиоксидантного фермента аскорбатпероксидазы, функции, которая особенно важна для устойчивости растений к стрессу [61].

Глутатион

Глутатион — это цистеинсодержащий пептид, встречающийся в большинстве форм аэробной жизни. [62] Он не требуется в диете и вместо этого синтезируется в клетках из составляющих его аминокислот.Глутатион обладает антиоксидантными свойствами, поскольку тиоловая группа в его цистеиновой части является восстанавливающим агентом и может обратимо окисляться и восстанавливаться. В клетках глутатион поддерживается в восстановленной форме ферментом глутатионредуктазой и, в свою очередь, восстанавливает другие метаболиты и ферментные системы, а также вступает в непосредственную реакцию с оксидантами. [63] Из-за своей высокой концентрации и центральной роли в поддержании окислительно-восстановительного состояния клетки глутатион является одним из важнейших клеточных антиоксидантов [33]. У некоторых организмов глутатион заменяется другими тиолами, например, микотиолом в актиномицетах или трипанотионом в кинетопластидах.[64]

Мелатонин

Мелатонин, также известный как N-ацетил-5-метокситриптамин, [65] — это естественный гормон, обнаруженный у животных и некоторых других живых организмов, включая водоросли. [66] Мелатонин — мощный антиоксидант, который может легко проникать через клеточные мембраны и гематоэнцефалический барьер. [67] В отличие от других антиоксидантов, мелатонин не подвергается окислительно-восстановительному циклу, то есть способности молекулы подвергаться многократному восстановлению и окислению. После окисления мелатонин не может быть восстановлен до прежнего состояния, потому что он образует несколько стабильных конечных продуктов при взаимодействии со свободными радикалами.Поэтому его называют терминальным (или суицидным) антиоксидантом. [68]

Токоферолы и токотриенолы (витамин E)

Витамин E — это собирательное название набора из восьми родственных токоферолов и токотриенолов, которые представляют собой жирорастворимые витамины с антиоксидантными свойствами. [69] Из них альфа-токоферол наиболее изучен, так как он имеет наивысшую биодоступность, причем организм преимущественно абсорбирует и метаболизирует эту форму [70]. Было заявлено, что форма α-токоферола является наиболее важным жирорастворимым антиоксидантом и что она защищает мембраны от окисления, реагируя с липидными радикалами, образующимися в цепной реакции перекисного окисления липидов.[71] Это удаляет промежуточные продукты свободных радикалов и предотвращает продолжение реакции распространения. В результате этой реакции образуются окисленные α-токофероксильные радикалы, которые могут быть возвращены обратно в активную восстановленную форму путем восстановления другими антиоксидантами, такими как аскорбат, ретинол или убихинол. [72]

Мочевая кислота

Мочевая кислота составляет примерно половину антиоксидантной способности плазмы. Фактически, мочевая кислота могла заменить аскорбат в эволюции человека. [73] Однако, как и аскорбат, мочевая кислота также может опосредовать производство активных форм кислорода.

РАСТЕНИЯ КАК ИСТОЧНИК АНТИОКСИДАНТОВ

Синтетические и натуральные пищевые антиоксиданты обычно используются в пищевых продуктах и ​​медицине, особенно в тех, которые содержат масла и жиры, для защиты пищевых продуктов от окисления. Яркими примерами являются ряд синтетических фенольных антиоксидантов, среди которых бутилированный гидрокситолуол (ВНТ) и бутилированный гидроксианизол (ВНА). Эти соединения широко используются в качестве антиоксидантов в пищевой, косметической и терапевтической промышленности. Однако некоторые физические свойства BHT и BHA, такие как их высокая летучесть и нестабильность при повышенных температурах, строгое законодательство по использованию синтетических пищевых добавок, канцерогенная природа некоторых синтетических антиоксидантов и предпочтения потребителей сместили внимание производителей с синтетических на натуральные. антиоксиданты.[74] Ввиду увеличения факторов риска для человека различных смертельных заболеваний, во всем мире наблюдается тенденция к использованию натуральных веществ, присутствующих в лекарственных растениях и пищевых добавках, в качестве терапевтических антиоксидантов. Сообщалось, что существует обратная зависимость между потреблением с пищей богатой антиоксидантами пищи и лекарственных растений и заболеваемостью людей. Использование природных антиоксидантов в пищевой, косметической и терапевтической промышленности было бы многообещающей альтернативой синтетическим антиоксидантам в отношении низкой стоимости, высокой совместимости с диетическим потреблением и отсутствия вредного воздействия на организм человека.Многие антиоксидантные соединения, встречающиеся в природе в растительных источниках, были идентифицированы как поглотители свободных радикалов или активного кислорода. [75] Были предприняты попытки изучить антиоксидантный потенциал самых разных овощей, таких как картофель, шпинат, помидоры и бобовые. [76] Есть несколько отчетов, показывающих антиоксидантный потенциал фруктов. [77] Сильная антиоксидантная активность обнаружена в ягодах, вишне, цитрусовых, черносливе и оливках. В недавнем прошлом зеленый и черный чаи широко изучались на предмет антиоксидантных свойств, поскольку они содержат до 30% от сухого веса в виде фенольных соединений.[78]

Помимо пищевых источников, индийские лекарственные растения также содержат антиоксиданты, в том числе (с общепринятыми / аюрведическими названиями в скобках) Acacia catechu (kair), Aegle marmelos (айва бенгальская, Бельгия), Allium cepa (лук), A. sativum (чеснок, Лахасуна), Aleo vera (алоэ индайн, Ghritkumari), Amomum subulatum (кардамон большой, Bari elachi), Andrographis paniculata (Кирьят), Asparagus Recemosus (Шатавари), Azadirachta indica (Ним, Нимба), Bacopa monniera (Брахми), Butea monosperma (Палас, Дак), Camellia sinensis (Зеленый чай), Cinnamomum verum (Корица) , Cinnamomum tamala (Теджпат), Curcma longa (Куркума, Харидра), Emblica officinalis (Инхийский крыжовник, Амлаки), Glycyrrhiza glapra (Yashtimudhu), Hemidesmus indicus (Ind an Sarasparilla, Anantamul), Indigofera tinctoria, Mangifera indica (Манго, Амра), Momordica charantia (горькая тыква), Murraya koenigii (лист карри), Nigella sativa (черный тмин), ctum Ocimum (Святой базилик, Тусил), Onosma echioides (Ratanjyot), Picrorrhiza kurroa (Katuka), Жук-волынщик, Plumbago zeylancia (Chitrak), Sesamum indicum, Sida cordifolia, Spirulina fusiformis, Spirulina fusiformis, Spirulina fusiformis, Spirulina fusiformis , Syzigium cumini (Jamun), Terminalia ariuna (Arjun), Terminalia bellarica (Beheda), Tinospora cordifolia (лунное семя сердолистное, Guduchi), Trigonella foenum-graecium (Fenugreek), Withania (Fenugreek), Withania (Fenugreek), Withania Зимняя вишня, Ашванганда) и Zingiber officinalis (имбирь).[79]

АНТИОКСИДАНТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ИНДИЙСКИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ

Концепции функциональных пищевых продуктов и нутрицевтиков

За последнее десятилетие профилактическая медицина значительно продвинулась вперед, особенно в развитых странах. Исследования показали, что питание играет решающую роль в предотвращении хронических заболеваний, поскольку большинство из них может быть связано с диетой. Функциональное питание входит в концепцию рассмотрения пищи не только необходимой для жизни, но и как источника психического и физического благополучия, способствуя предотвращению и уменьшению факторов риска для некоторых заболеваний или усилению определенных физиологических функций.[80] Пища может считаться функциональной, если доказано, что она благотворно влияет на одну или несколько целевых функций в организме, помимо адекватных питательных эффектов, таким образом, который имеет отношение либо к состоянию благополучия и здоровья, либо к снижению риск заболевания. Благоприятные эффекты могут заключаться в поддержании или улучшении самочувствия или здоровья и / или в снижении риска патологического процесса или заболевания [81]. Цельные продукты представляют собой простейший пример функционального питания.Брокколи, морковь и помидоры считаются функциональными продуктами питания из-за высокого содержания в них физиологически активных компонентов (сульфорафена, B-каротина и ликопина соответственно). Зеленые овощи и специи, такие как горчица и куркума, широко используемые в индийской кухне, также могут подпадать под эту категорию. [82] «Нутрицевтики» — это термин, придуманный в 1979 году Стивеном ДеФелисом [83]. Он определяется «как продукт питания или его части, которые обеспечивают медицинские преимущества или пользу для здоровья, включая профилактику и лечение заболеваний.Нутрицевтики могут варьироваться от изолированных питательных веществ, пищевых добавок и диет до генетически модифицированных «дизайнерских» продуктов питания, растительных продуктов и продуктов переработки, таких как хлопья, супы и напитки. Нутрицевтики — это любая нетоксичная добавка к пищевому экстракту, которая имеет научно доказанную пользу для здоровья как для лечения, так и для профилактики заболеваний. [84] Растущий интерес к нутрицевтикам отражает тот факт, что потребители слышат об эпидемиологических исследованиях, указывающих на то, что конкретная диета или компонент диеты связаны с более низким риском развития определенного заболевания.Основными активными нутрицевтическими ингредиентами растений являются флавоноиды. Как это типично для фенольных соединений, они могут действовать как мощные антиоксиданты и хелаторы металлов. Также давно признано, что они обладают противовоспалительным, противоаллергическим, гепатопротекторным, антитромботическим, противовирусным и антиканцерогенным действием [85].

Индийские диетические и лекарственные растения как функциональные продукты

Ингредиенты, которые делают пищу функциональной, — это пищевые волокна, витамины, минералы, антиоксиданты, олигосахариды, незаменимые жирные кислоты (омега-3), культуры молочнокислых бактерий и лигнины.Многие из них присутствуют в лекарственных растениях. Индийские системы медицины считают, что сложные заболевания можно лечить с помощью сложной комбинации ботанических средств, в отличие от западных, с помощью отдельных лекарств. Таким образом, цельные продукты используются в Индии как функциональные продукты, а не как добавки. Некоторые лекарственные растения и диетические компоненты, обладающие функциональными свойствами, представляют собой специи, такие как лук, чеснок, горчица, красный перец чили, куркума, гвоздика, корица, шафран, лист карри, пажитник и имбирь. Некоторые травы, такие как Bixa orellana, и овощи, такие как амла, пшеница, соевые бобы и Gracinia cambogia, обладают противоопухолевым действием.Другие лекарственные растения с функциональными свойствами включают A.marmelos, A. cepa, Aloe vera, A. paniculata, Azadirachta india и Brassica juncea. [86]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повреждение свободными радикалами вносит свой вклад в этиологию многих хронических проблем со здоровьем, таких как сердечно-сосудистые и воспалительные заболевания, катаракта и рак. Антиоксиданты предотвращают повреждение тканей, вызванное свободными радикалами, предотвращая образование радикалов, удаляя их или способствуя их разложению. Недавно сообщалось, что синтетические антиоксиданты опасны для здоровья человека.Таким образом, в последние годы активизировался поиск эффективных нетоксичных природных соединений с антиоксидантной активностью. В дополнение к системам эндогенной антиоксидантной защиты, потребление диетических антиоксидантов и антиоксидантов растительного происхождения, по-видимому, является подходящей альтернативой. Пищевые и другие компоненты растений являются основным источником антиоксидантов. Традиционная индийская диета, специи и лекарственные растения являются богатыми источниками природных антиоксидантов; более высокое потребление продуктов с функциональными характеристиками, включая высокий уровень антиоксидантов и антиоксидантов в функциональных продуктах питания, является одной из стратегий, которая приобретает все большее значение.

Новые подходы, использующие совместные исследования и современные технологии в сочетании с устоявшимися традиционными принципами здоровья, в ближайшем будущем принесут дивиденды в улучшении здоровья, особенно среди людей, которые не имеют доступа к использованию более дорогих западных систем медицины.

Сноски

Источник поддержки: Нет

Конфликт интересов: Не заявлено

ССЫЛКИ

1. Aruoma OI. Методологические соображения для характеристики потенциального антиоксидантного действия биоактивных компонентов в растительной пище.Mutat Res. 2003; 532: 9–20. [PubMed] [Google Scholar] 2. Мохаммед А.А., Ибрагим А.А. Патологические роли активных форм кислорода и их защитный механизм. Сауди Фарм Дж. 2004; 12: 1–18. [Google Scholar] 3. Багчи К., Пури С. Свободные радикалы и антиоксиданты в здоровье и болезнях. East Mediterranean Health Jr. 1998; 4: 350–60. [Google Scholar] 4. Aruoma OI. Аспекты свободных радикалов и антиоксидантов, связанные с питанием и здоровьем. Food Chem Toxicol. 1994; 32: 671–83. [PubMed] [Google Scholar] 5. Чизмен К.Х., Слейтер Т.Ф.Введение в химию свободных радикалов. Br Med Bull. 1993; 49: 481–93. [PubMed] [Google Scholar] 7. Лю Т., Стерн А., Робертс Л.Дж. Изопростаны: новые простангландиноподобные продукты перекисного окисления арахидоновой кислоты, катализируемого свободными радикалами. J Biomed Sci. 1999; 6: 226–35. [PubMed] [Google Scholar] 8. Эбади М. Антиоксиданты и свободные радикалы в здоровье и болезнях: Введение в активные формы кислорода, окислительное повреждение, гибель нейрональных клеток и терапию нейродегенеративных заболеваний. Аризона: видная пресса; 2001 г.[Google Scholar] 9. Lea AJ. Факторы питания, связанные с уровнем смертности от некоторых новообразований у человека. Ланцет. 1966; 2: 332–3. [PubMed] [Google Scholar] 10. Харман Д. Роль свободных радикалов в старении и болезнях. Ann N Y Acad Sci. 1992; 673: 126–41. [PubMed] [Google Scholar] 11. Сис Х. Окислительный стресс: Вступительное слово. В: Sies H, редактор. Окислительный стресс. Сан-Диего: Academic Press; 1985. С. 1–7. [Google Scholar] 12. Докампо Р. Антиоксидантные механизмы. В: Марр Дж., Мюллер М., редакторы. Биохимия и молекулярная биология паразитов.Лондон: Academic Press; 1995. С. 147–60. [Google Scholar] 13. Райс-Эванс К.А., Гопинатан В. Кислородная токсичность, свободные радикалы и антиоксиданты при заболеваниях человека: биохимические последствия атеросклероза и проблемы недоношенных новорожденных. Очерки Биохимии. 1995; 29: 39–63. [PubMed] [Google Scholar] 14. Rock CL, Джейкоб Р.А., Боуэн ЧП. Обновление биологических характеристик антиоксидантных микроэлементов — витамина С, витамина Е и каротиноидов. J Am Diet Assoc. 1996; 96: 693–702. [PubMed] [Google Scholar] 15.Mc Cord JM. Эволюция свободных радикалов и окислительного стресса. Am J Med. 2000; 108: 652–9. [PubMed] [Google Scholar] 16. Рао А.Л., Бхарани М., Паллави В. Роль антиоксидантов и свободных радикалов в здоровье и болезнях. Adv Pharmacol Toxicol. 2006; 7: 29–38. [Google Scholar] 17. Стефанис Л., Берк Р. Э., Грин Л. А.. Апоптоз при нейродегенеративных расстройствах. Curr Opin Neurol. 1997. 10: 299–305. [PubMed] [Google Scholar] 18. Эстербауэр Х., Пуби Х., Дибер-Ротендер М. Влияние антиоксидантов на окислительную модификацию ЛПНП.Ann Med. 1991; 23: 573–81. [PubMed] [Google Scholar] 19. Neuzil J, Thomas SR, Stocker R. Требование к стимулированию или ингибированию α-токоферола радикально индуцированного инициирования перекисного окисления липопротеинов плазмы. Free Radic Biol Med. 1997; 22: 57–71. [PubMed] [Google Scholar] 20. Поппель Г.В., Гольддбом РА. Эпидемиологические данные о β — каротине и профилактике рака. Am J Clin Nutr. 1995; 62: 1393–5. [PubMed] [Google Scholar] 21. Glatthaar BE, Horing DH, Moser U. Роль аскорбиновой кислоты в канцерогенезе.Adv Exp Med Biol. 1986; 206: 357–77. [PubMed] [Google Scholar] 22. Сокол РЖ. Дефицит витамина Е и неврологические заболевания. Анну Рев Нутр. 1988. 8: 351–73. [PubMed] [Google Scholar] 23. Ашок Б.Т., Али Р. Парадокс старения: свободнорадикальная теория старения. Exp Gerontol. 1999; 34: 293–303. [PubMed] [Google Scholar] 24. Састре Дж, Пеллардо Ф.В., Вина Дж. Глутатион, окислительный стресс и старение. Возраст. 1996; 19: 129–39. [Google Scholar] 25. Кантути-Кастельветри I, Шукитт-Хейл Б., Джозеф Дж. А. Нейроповеденческие аспекты антиоксидантов при старении.Int J Dev Neurosci. 2000; 18: 367–81. [PubMed] [Google Scholar] 26. Фриман Б.А., Крапо Д.Д. Биология болезни: свободные радикалы и повреждение тканей. Lab Invest. 1982; 47: 412–26. [PubMed] [Google Scholar] 27. Ловелл М.А., Эманн В.Д., Buffer BM, Markesberry WR. Повышение реакционноспособности тиобарбитуровой кислоты и активности антиоксидантных ферментов в головном мозге при болезни Альземерса. Неврология. 1995; 45: 1594–601. [PubMed] [Google Scholar] 28. Ву Р.А., Мелур К.Г., Ли П.В. ДНК-зависимая протеинкиназа действует выше р53 в ответ на повреждение ДНК.Природа. 1998. 394: 700–4. [PubMed] [Google Scholar] 29. Hattori Y, Nishigori C, Tanaka T, Ushida K, Nikaido O, Osawa T. 8 Гидрокси-2-дезоксигуанозин увеличивается в эпидермальных клетках бесшерстных мышей после хронического воздействия ультрафиолета B. J Invest Dermatol. 1997; 89: 10405–9. [PubMed] [Google Scholar] 30. Холливелл Б. Как охарактеризовать антиоксидант — обновленная информация. Biochem Soc Symp. 1995; 61: 73–101. [PubMed] [Google Scholar] 31. Ши Х.Л., Ногучи Н., Ники Н. Сравнительное исследование динамики антиоксидантного действия альфа-токоферилгидрохинона, убихинола и альфа-токоферола против перекисного окисления липидов.Free Radic Biol Med. 1999; 27: 334–46. [PubMed] [Google Scholar] 32. Левин М., Рэмси С.К., Дарувара Р. Критерии и рекомендации по потреблению витамина С. ДЖАМА. 1991; 281: 1415–23. [PubMed] [Google Scholar] 34. Герман Дж. Пищевая промышленность и окисление липидов. Adv Exp Med Biol. 1999; 459: 23–50. [PubMed] [Google Scholar] 35. Джейкоб Р. Три эпохи открытия витамина С. Subcell Biochem. 1996; 25: 1–16. [PubMed] [Google Scholar] 36. Найт Дж. Свободные радикалы: их история и текущее состояние при старении и болезнях. Ann Clin Lab Sci.1998. 28: 331–46. [PubMed] [Google Scholar] 37. Моро, Dufraisse Comptes Rendus des Séances et Mémoires de la Société de Biologie. 1922; 86: 321. [Google Scholar] 38. Вольф Г. Открытие антиоксидантной функции витамина Е: вклад Генри А. Маттилла. J Nutr. 2005. 135: 363–6. [PubMed] [Google Scholar] 39. Frie B, Stocker R, Ames BN. Антиоксидантная защита и перекисное окисление липидов в плазме крови человека. Proc Natl Acad Sci. 1988; 37: 569–71. [Google Scholar] 40. Райс-Эванс CA, Diplock AT. Текущее состояние антиоксидантной терапии.Free Radic Biol Med. 1993; 15: 77–96. [PubMed] [Google Scholar] 41. Кринский Н.И. Механизм действия биологических антиоксидантов. Proc Soc Exp Biol Med. 1992; 200: 248–54. [PubMed] [Google Scholar] 42. Ники Э. Антиоксидантная защита в эукариотических клетках. В: Poli G, Albano E, Dianzani MU, редакторы. Свободные радикалы: от фундаментальной науки до медицины. Базель, Швейцария: Birkhauser Verlag; 1993. С. 365–73. [Google Scholar] 43. Сис Х. Окислительный стресс: окислители и антиоксиданты. Exp Physiol. 1997; 82: 291–5. [PubMed] [Google Scholar] 44.Магненат Дж. Л., Гарганоам М., Цао Дж. Природа механизмов антиоксидантной защиты: урок трансгенных исследований. Перспектива здоровья окружающей среды. 1998. 106: 1219–28. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 45. Зелко И., Мариани Т., Фольц Р. Мультигенное семейство супероксиддисмутазы: сравнение структур, эволюции и экспрессии генов CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) и EC-SOD (SOD3). Free Radic Biol Med. 2002; 33: 337–49. [PubMed] [Google Scholar] 46. Баннист Дж., Баннистер В., Ротилио Г. Аспекты структуры, функции и применения супероксиддисмутазы.CRC Crit Rev Biochem. 1987; 22: 111–80. [PubMed] [Google Scholar] 47. Джонсон Ф., Джуливи С. Супероксиддисмутазы и их влияние на здоровье человека. Мол Аспекты Мед. 2005; 26: 340–52. [PubMed] [Google Scholar] 48. Wuerges J, Lee JW, Yim YI, Yim HS, Kang SO, Djinovic Carugo K. Кристаллическая структура никельсодержащей супероксиддисмутазы выявляет другой тип активного центра. Proc Natl Acad Sci. 2004. 101: 8569–74. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 49. Corpas FJ, Barroso JB, дель Рио, Лос-Анджелес. Пероксисомы как источник активных форм кислорода и сигнальных молекул оксида азота в растительных клетках.Trends Plant Sci. 2001; 6: 145–50. [PubMed] [Google Scholar] 50. Corpas FJ, Fernández-Ocaña A, Carreras A, Valderrama R, Luque F, Esteban FJ, et al. Экспрессия различных форм супероксиддисмутазы зависит от типа клеток в листьях оливы (Olea europaea L.). Physiol растительной клетки. 2006; 47: 984–94. [PubMed] [Google Scholar] 51. Цао Х, Антонюк С.В., Ситараман С.В., Уитсон Л.Дж., Тейлор А.Б., Холлоуэй С.П. и др. Структуры варианта SOD1 G85R при семейном боковом амиотрофическом склерозе. J Biol Chem.2008. 283: 16169–77. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 52. Chelikani P, Fita I, Loewen PC. Разнообразие структур и свойств каталаз. Cell Mol Life Sci. 2004. 61: 192–208. [PubMed] [Google Scholar] 53. Гаэтани Г., Феррарис А., Рольфо М., Мангерини Р., Арена С., Киркман Х. Преобладающая роль каталазы в утилизации перекиси водорода в человеческих эритроцитах. Кровь. 1996; 87: 1595–9. [PubMed] [Google Scholar] 55. Мейстер А., Андерсон М. Глутатион. Анну Рев Биохим. 1983; 52: 711–60. [PubMed] [Google Scholar] 56.Бригелиус-Флоэ Р. Тканеспецифические функции индивидуальных пероксидаз глутатиона. Free Radic Biol Med. 1999; 27: 951–65. [PubMed] [Google Scholar] 57. Hayes J, Flanagan J, Jowsey I. Трансферазы глутатиона. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2005. 45: 51–88. [PubMed] [Google Scholar] 58. Смирнов Н. Биосинтез L-аскорбиновой кислоты. Vitam Horm. 2001; 61: 241–66. [PubMed] [Google Scholar] 59. Мейстер А. Антиоксидантная система глутатион-аскорбиновая кислота у животных. J Biol Chem. 1994; 269: 9397–400. [PubMed] [Google Scholar] 60.Padayatty S, Katz A, Wang Y, Eck P, Kwon O, Lee J и др. Витамин С как антиоксидант: оценка его роли в профилактике заболеваний. J Am Coll Nutr. 2003. 22: 18–35. [PubMed] [Google Scholar] 61. Сигэока С., Исикава Т., Тамой М., Миягава Ю., Такеда Т., Ябута Ю. и др. Регуляция и функция изоферментов аскорбатпероксидазы. J Exp Bot. 2002; 53: 1305–19. [PubMed] [Google Scholar] 62. Мейстер А., Андерсон А. Глутатион. Анну Рев Биохим. 1983; 52: 711–60. [PubMed] [Google Scholar] 63. Мейстер А. Метаболизм глутатиона и его селективная модификация.J Biol Chem. 1988. 263: 17205–8. [PubMed] [Google Scholar] 64. Fairlamb AH, Cerami A. Метаболизм и функции трипанотиона в кинетопластиде. Annu Rev Microbiol. 1992; 46: 695–729. [PubMed] [Google Scholar] 65. Нассар Э., Маллиган С., Тейлор Л., Керксик С., Галбрит М., Гринвуд М. и др. Влияние однократной дозы N-ацетил-5-метокситриптамина (мелатонина) и упражнений с отягощениями на ось гормона роста / IGF-1 у молодых мужчин и женщин. J Int Soc Sports Nutr. 2007; 4: 14. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 66.Каниато Р., Филиппини Р., Пиован А., Пуричелли Л., Борсарини А., Каппеллетти Е. Мелатонин в растениях. Adv Exp Med Biol. 2003. 527: 593–7. [PubMed] [Google Scholar] 67. Рейтер Р. Дж., Карнейро Р. К., О, CS. Мелатонин в отношении механизмов антиоксидантной защиты клеток. Horm Metab Res. 1997; 29: 363–72. [PubMed] [Google Scholar] 68. Tan DX, Manchester LC, Reiter RJ, Qi WB, Karbownik M, Calvo JR. Значение мелатонина в системе антиоксидантной защиты: реакции и продукты. Прием сигналов Биол. 2000. 9: 137–59.[PubMed] [Google Scholar] 69. Эррера Э, Барбас С. Витамин Е: действие, метаболизм и перспективы. J Physiol Biochem. 2001; 57: 43–56. [PubMed] [Google Scholar] 70. Бригелиус-Флоэ Р., Трабер М. Витамин Е: функция и метаболизм. FASEB J. 1999; 13: 1145–55. [PubMed] [Google Scholar] 72. Ван X, Куинн П. Витамин Е и его функция в мембранах. Prog Lipid Res. 1999. 38: 309–36. [PubMed] [Google Scholar] 73. Jaeschke H, Gores GJ, Cederbaum AI, Hinson JA, Pessayre D, Lemasters JJ. Механизмы гепатотоксичности.Toxicol Sci. 2002; 65: 166–76. [PubMed] [Google Scholar] 74. Папас AM. Диета и антиоксидантный статус. Food Chem Toxicol. 1999; 37: 999–1007. [PubMed] [Google Scholar] 75. Браун Дж. Э., Райс-Эван CA. Богатый лютеолином экстракт артишока защищает липопротеины низкой плотности от окисления in vitro. Free Radic Res. 1998. 29: 247–255. [PubMed] [Google Scholar] 76. Фурута С., Нишиба Ю., Суда И. Флуорометрический анализ для скрининга антиоксидантной активности овощей. J Food Sci. 1997; 62: 526–8. [Google Scholar] 77. Ван Х, Цао Джи, Приор Р.Л.Общая антиоксидантная способность плодов. J. Agric Food Chem. 1996; 44: 701–5. [Google Scholar] 78. Lin JK, Lin CH, Ling YC, Lin-Shian SY, Juan IM. Обзор катехинов, галловой кислоты и метилксантинов в зеленом, улун, пуэре и черном чае. J. Agric Food Chem. 1998. 46: 3635–42. [Google Scholar] 79. Девасагаям Т.П., Тилак Дж.С., Болур К.К., Сане К.С., Гаскадби С.С., Леле Р.Д. Свободные радикалы и антиоксиданты в здоровье человека: текущее состояние и перспективы на будущее. J Assoc Physitors Индия. 2004. 52: 794–803. [PubMed] [Google Scholar] 80.Лопес-Варела С., Гонсалес-Гросс М., Маркос А. Функциональные продукты питания и иммунная система: обзор. Eur J Clin Nutr. 2002; 56: S29–33. [PubMed] [Google Scholar] 81. Роберфроид МБ. Что полезно для здоровья? Понятие о функциональном питании. Food Chem Toxicol. 1999; 37: 1034–41. [PubMed] [Google Scholar] 82. Кришнасвами К. Индийское функциональное питание: роль в профилактике рака. Nutr Rev.1996; 54: 127–31. [PubMed] [Google Scholar] 83. DeFelice SL. Нутрицевтики: возможности на развивающихся рынках. Scrip Mag.1992; 9: 14–5. [Google Scholar] 84. Диллард CJ, немецкий JB. Фитохимические вещества: нутрицевтики и здоровье человека. J Sci Food Agric. 2000; 80: 1744–56. [Google Scholar] 85. Tapas AR, Sakarkar DM, Kakde RB. Обзорная статья флавоноиды как нутрицевтики: обзор. Trop J Pharm Res. 2008; 7: 1089–99. [Google Scholar]

Что делает нуклеофил хорошим? — Мастер органической химии

Факторы, которые определяют, является ли вид хорошим нуклеофилом

Если вы читали последний пост, вы помните, что нуклеофил — это вид, который отдает пару электронов для образования нового ковалента. связь.Нуклеофильность измеряется путем сравнения скоростей реакций; чем быстрее реакция, тем лучше (или «сильнее») нуклеофил.

Оглавление

1. Напоминание: нуклеофильность измеряется скоростью реакции
2. Роль заряда: нуклеофильность возрастает по мере увеличения электронной плотности атома
3. Электроотрицательность: по периодической таблице

   03, нуклеофильность увеличивается с уменьшением

4. Выбор растворителя (Polar Protic vs.Полярный апротик) может существенно повлиять на тенденции нуклеофильности
5. Нуклеофильность уменьшается с увеличением стерических затруднений («объемность»)
6. Примечания
7. (расширенный) Ссылки и дополнительная литература

---

1. Напоминание: нуклеофильность

измеряется скоростью реакции Обсуждая нуклеофильность, мы конкретно говорим о передаче пары электронов атому , кроме водорода (обычно углерода). Когда вид отдает пару электронов водороду (точнее, протону H +), мы называем это основанием .

Этот пост пытается ответить на один из самых неприятных вопросов студентов, изучающих органическую химию. Какие факторы делают хороший нуклеофил?

Для наших целей существует как минимум четыре ключевых фактора, влияющих на нуклеофильность.

1. Заряд
2. Электроотрицательность
3. Растворитель
4. Стерическое препятствие

Первые два, надеюсь, должны быть вам знакомы из обсуждения того, что делает что-то сильным.В конце концов, основность и нуклеофильность по существу описывают одно и то же явление, , за исключением того, что основность касается передачи неподеленных пар водороду, а нуклеофильность касается передачи неподеленных пар всем остальным атомам. В третьем и четвертом пунктах вступают в игру дополнительные факторы.

2. Роль заряда: нуклеофильность возрастает с увеличением электронной плотности атома

Поскольку нуклеофил — это вид, который жертвует пару электронов, разумно ожидать, что его способность отдавать электроны будет увеличиваться по мере того, как это становится больше электронов, и уменьшается по мере того, как становится меньше электронов, не так ли? Так что с увеличением электронной плотности увеличивается и нуклеофильность.

Для этой цели следует помнить следующее удобное правило: конъюгатное основание всегда лучше нуклеофила .

3. Электроотрицательность: по всей Периодической таблице, нуклеофильность увеличивается с уменьшением электроотрицательности

Предполагая, что у атома есть пара электронов, чтобы отдать, способность вида отдавать эту пару должна быть обратно пропорциональна тому, насколько сильно держится »это. Ключевым фактором для определения того, насколько «прочно удерживается» электронная пара, является известная концепция электроотрицательности . Итог: по мере увеличения электроотрицательности нуклеофильность уменьшается . Примечание: важно ограничить применение этой тенденции к атомам в той же строке периодической таблицы; например, C N O F или Si P S Cl. При переходе вниз по таблице Менделеева в игру вступает еще один фактор. на него может влиять среда, в которой он находится (также известный как «растворитель»).[Для ознакомления с различными классами растворителей щелкните здесь]

Полярный протонный растворитель может участвовать в водородных связях с нуклеофилом, создавая вокруг него «оболочку» из молекул растворителя, как толпы кричащих фанатов-подростков, кишащих «Битлз» в 1962 году. При этом нуклеофил значительно менее реакционноспособен; куда бы он ни шел, его неподеленные пары электронов взаимодействуют с бедными электронами атомами водорода растворителя.

Способность нуклеофилов участвовать в образовании водородных связей уменьшается по мере того, как мы спускаемся по таблице Менделеева.Следовательно, фторид — самый сильный акцептор водородной связи, а йодид — самый слабый. Это означает, что неподеленные пары иодид-иона будут значительно более «свободными», чем пары фторида, что приведет к более высоким скоростям (и большей нуклеофильности).

Полярный апротонный растворитель , а не в значительной степени связывает водородные связи с нуклеофилами, что означает, что нуклеофилы имеют большую свободу в растворе. В этих условиях нуклеофильность хорошо коррелирует с основностью — и фторид-ион, являясь наиболее нестабильным из галогенид-ионов, быстрее всего реагирует с электрофилами.

[Часто спрашивают: почему нас не волнуют «неполярные растворители»? Помните «подобное растворяется в подобном»? Если мы хотим, чтобы реакция произошла, нам нужно использовать растворители, которые действительно растворят наш нуклеофил. Многие нуклеофилы являются заряженными частицами («ионами») — они не растворяются в неполярных растворителях.]

5. Нуклеофильность уменьшается с увеличением стерических препятствий («объемность»)

Поскольку, обсуждая нуклеофильность, мы: Часто обсуждая реакции на углероде, мы должны учитывать, что орбитали на углероде, которые участвуют в реакциях, обычно на менее доступны, чем на , чем протоны.В игру вступает эффект, называемый «стерическое препятствие».

Суть в том, что чем крупнее данный нуклеофил, тем медленнее скорость его реакций [и, следовательно, тем ниже его нуклеофильность].

Таким образом, сравнивая несколько депротонированных спиртов, в последовательности метанол — этанол — изопропанол — трет-бутанол, депротонированный метанол («метоксид») является самым сильным нуклеофилом, а депротонированный трет-бутанол («трет-бутоксид») является самым плохим (или «Самый слабый») нуклеофил.

Что-нибудь пропустите? Есть еще вопросы? Оставьте комментарий ниже!

Следующее сообщение: Что делает группу хорошей уходящей?

---

Примечания

Примечание: Есть ли другие факторы? да.Этот список из четырех охватывает основы, но стоит отметить еще несколько факторов. 1) идентичность электрофила 2) атомы с неподеленными парами, смежными с нуклеофилом 3) в случае ионов, идентичность противоиона [т.е. положительно заряженные частицы] могут иметь значение.

---

(Advanced) Ссылки и дополнительная информация

1. Количественная корреляция относительных ставок. Сравнение гидроксид-иона с другими нуклеофильными реагентами в отношении алкилгалогенидов, сложных эфиров, эпоксидов и ацилгалогенидов
   Гарднер Суэйн и Карлтон Б.Скотт
   Журнал Американского химического общества 1953, 75 (1), 141-147
   DOI: 10.1021 / ja01097a041
   В этой статье представлена ​​одна из самых ранних шкал нуклеофильности (таблица II).
2. Корреляция относительных скоростей и равновесий со шкалой двойной основности
   Джон О. Эдвардс
   Журнал Американского химического общества 1954, 76 (6), 1540-1547
   DOI : 10.1021 / ja01635a021
   В этой статье также делается попытка разработать шкалу нуклеофильности, коррелирующую нуклеофильность с другими химическими свойствами (основность и восстановительный потенциал).
3. Реакционная способность нуклеофильных реагентов по отношению к сложным эфирам
   Уильям П. Дженкс и Джоан Карриуоло
   Журнал Американского химического общества 1960, 82 (7), 1778-1786
   DOI: 1021 / ja01492a058
   Одна из первых статей, описывающих «альфа-эффект», повышенную нуклеофильность атома из-за присутствия соседнего (альфа) атома с неподеленной парой электронов.
4. Скорость замещения толуол-пара-сульфоната относительно бромид-иона. Новый механистический критерий
   Х. М. Р. Хоффманн
   J. Chem. Soc. 1965 , 6753-6761
   DOI: 10.1039 / JR9650006753
5. Факторы, определяющие нуклеофильную реактивность
   Джон О. Эдвардс и Ральф Г. Пирсон
   
   Американского химического общества 84 (1), 16-24
   DOI: 1021 / ja00860a005
   В этой статье представлена ​​элементарная шкала нуклеофильности в порядке HS ^— > I ^— > CN ^— > Br ^— > Cl ^— > HO ^— > F ^— в полярных протонных растворителях для воздействия на ROOR.В этой статье также обсуждается разница между нуклеофильностью и основностью , что часто вызывает путаницу у студентов.
6. Химическая реакционная способность и концепция реакций, контролируемых зарядом и границей
   Жиль Клопман
   Журнал Американского химического общества 1968, 90 (2), 223-234
   DOI: 1021 / ja01004a002
   Таблицы IX и X также подтверждают тот же порядок нуклеофильности на основе расчетов МО.Эта статья является источником известного «уравнения Клопмана», которое рассматривает связывающие взаимодействия как состоящие из зарядовой составляющей и орбитальной составляющей перекрытия.
7. Существуют ли общие шкалы нуклеофильности?
   Герберт Майр и Армин Р. Офиал
   Phys. Орг. Chem. 2008 , 21 (7-8), 584-595
   DOI: 10.1002 / poc.1325
   Проф. Герберт Майр (LMU) проделал огромную работу по количественному определению и разработке шкал нуклеофильности и электрофильности.Как объясняет профессор Майр в этой статье, проблема заключается в разработке подходящих эталонных электрофилов при попытке сравнить аналогичные нуклеофилы и наоборот. Для этой работы пришлось использовать несколько сложных экспериментальных методов, в том числе методы остановленного потока и лазерную вспышку фотолитической генерации реакционноспособных промежуточных продуктов.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

15,2 Кислоты и основания Льюиса — химия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните модель кислотно-щелочной химии Льюиса
• Напишите уравнения образования аддуктов и комплексных ионов
• Выполнение расчетов равновесия с учетом констант формации

В 1923 г.N. Льюис предложил обобщенное определение кислотно-основного поведения, в котором кислоты и основания идентифицируются по их способности принимать или отдавать пару электронов и образовывать координированную ковалентную связь.

Координационная ковалентная связь (или дативная связь) возникает, когда один из атомов в связи обеспечивает оба связывающих электрона. Например, координационная ковалентная связь возникает, когда молекула воды соединяется с ионом водорода с образованием иона гидроксония. Координационная ковалентная связь также возникает, когда молекула аммиака соединяется с ионом водорода с образованием иона аммония.Оба этих уравнения показаны здесь.

A Кислота Льюиса представляет собой любую разновидность (молекулу или ион), которая может принимать пару электронов, а основание Льюиса представляет собой любую разновидность (молекулу или ион), которая может отдавать пару электронов.

Кислотно-основная реакция Льюиса происходит, когда основание отдает пару электронов кислоте. Образуется кислотно-основной аддукт Льюиса , соединение, которое содержит координационную ковалентную связь между кислотой Льюиса и основанием Льюиса.Следующие уравнения иллюстрируют общее применение концепции Льюиса.

Атом бора в трифториде бора, BF ₃ , имеет только шесть электронов в валентной оболочке. За исключением предпочтительного октета, BF ₃ является очень хорошей кислотой Льюиса и реагирует со многими основаниями Льюиса; фторид-ион является основанием Льюиса в этой реакции, отдавая одну из своих неподеленных пар:

В следующей реакции каждая из двух молекул аммиака, оснований Льюиса, отдает пару электронов иону серебра, кислоте Льюиса:

Оксиды неметаллов действуют как кислоты Льюиса и реагируют с ионами оксидов, основаниями Льюиса, с образованием оксианионов:

Многие кислотно-основные реакции Льюиса представляют собой реакции замещения, в которых одно основание Льюиса замещает другое основание Льюиса из кислотно-основного аддукта, или в которых одна кислота Льюиса замещает другую кислоту Льюиса:

Последняя реакция замещения показывает, как реакция кислоты Бренстеда-Лоури с основанием вписывается в концепцию Льюиса.Кислота Бренстеда-Лоури, такая как HCl, представляет собой кислотно-основной аддукт в соответствии с концепцией Льюиса, и перенос протона происходит, потому что образуется более стабильный кислотно-основной аддукт. {\; \; +} [/ latex] .{\; \; 2 -} (водн.) [/ Латекс]

Комплексный ион состоит из центрального атома, обычно катиона переходного металла, окруженного ионами или молекулами, называемыми лигандами . Эти лиганды могут быть нейтральными молекулами, такими как H ₂ O или NH ₃ , или ионами, такими как CN ^— или OH ^—. Часто лиганды действуют как основания Льюиса, отдавая пару электронов центральному атому. Лиганды собираются вокруг центрального атома, создавая новый ион с зарядом, равным сумме зарядов, и, чаще всего, ион переходного металла.Это более сложное расположение является причиной того, что образующийся ион называют комплексным ионом . Сложный ион, образующийся в этих реакциях, предсказать невозможно; это должно быть определено экспериментально. Типы связей, образующихся в сложных ионах, называются координационными ковалентными связями, поскольку электроны лигандов делятся с центральным атомом. По этой причине комплексные ионы иногда называют координационными комплексами. Это будет более подробно изучено в следующих главах.

Константа равновесия для реакции компонентов комплексного иона с образованием комплексного иона в растворе называется константой образования ( K _f ) (иногда называемой константой стабильности).2} [/ латекс]

Обратной величиной константы образования является константа диссоциации ( K _d ) , константа равновесия разложения комплексного иона на его компоненты в растворе. В упражнениях этого раздела мы будем работать с константами диссоциации. Приложение K и Таблица 2 представляют собой таблицы констант формации. В общем, чем больше константа образования, тем стабильнее комплекс; однако, как и в случае значений K _sp , необходимо учитывать стехиометрию соединения.{3 -} [/ латекс] 7 × 10 ¹⁹ Таблица 2. Общие комплексные ионы по уменьшению констант состава

В качестве примера растворения путем образования комплексного иона давайте рассмотрим, что происходит, когда мы добавляем водный раствор аммиака к смеси хлорида серебра и воды. 2} = 1.{\; \; +} (водн.) [/ латекс]

Мы записываем равновесие как реакцию образования, потому что в Приложении K перечислены константы образования сложных ионов. Перед установлением равновесия коэффициент реакции больше, чем константа равновесия [ K _f = 1,7 × 10 ⁷ , и [латекс] Q = \ frac {0.10} {0 \; \ times \; 0} [/ латекс], он бесконечно большой], поэтому реакция смещается влево, чтобы достичь равновесия.

Определите x и равновесные концентрации.{\; \; +}] = 0,10 \; — \; x = 0,10 \; — \; 0,0011 = 0,099 [/ латекс]

Концентрация свободного иона серебра в растворе составляет 0,0011 M .

Проверить работу. Значение Q , рассчитанное с использованием равновесных концентраций, равно K _f в пределах погрешности, связанной со значащими цифрами в расчете.

Проверьте свои знания
Рассчитайте концентрацию ионов серебра [Ag ⁺ ] в растворе, полученном растворением 1.00 г AgNO ₃ и 10,0 г KCN ​​в воде, достаточной для получения 1,00 л раствора. (Подсказка: поскольку Q < K _f , предположим, что реакция идет до завершения, затем рассчитайте [Ag ⁺ ], полученное при диссоциации комплекса.)

г. Льюис предложил определение кислот и оснований, основанное на способности атома или молекулы принимать или отдавать электронные пары. Кислота Льюиса — это разновидность, которая может принимать электронную пару, тогда как основание Льюиса имеет электронную пару, доступную для передачи в кислоту Льюиса.Комплексные ионы являются примерами кислотно-основных аддуктов Льюиса. В сложном ионе у нас есть центральный атом, часто состоящий из катиона переходного металла, который действует как кислота Льюиса, и нескольких окружающих их нейтральных молекул или ионов, называемых лигандами, которые действуют как основания Льюиса. Сложные ионы образуются за счет обмена электронными парами с образованием координированных ковалентных связей. Равновесная реакция, которая происходит при образовании комплексного иона, имеет связанную с ней константу равновесия, называемую константой образования, K _f .Это часто называют константой стабильности, поскольку она представляет стабильность комплексного иона. Образование комплексных ионов в растворе может сильно повлиять на растворимость соединения переходного металла.

Химия: упражнения в конце главы

1. При каких обстоятельствах образец твердого AgCl полностью растворяется в чистой воде?
2. Объясните, почему добавление NH ₃ или HNO ₃ к насыщенному раствору Ag ₂ CO ₃ в контакте с твердым Ag ₂ CO ₃ увеличивает растворимость твердого вещества.
3. Рассчитайте концентрацию ионов кадмия [Cd ²⁺ ] в растворе, приготовленном путем смешивания 0,100 л 0,0100 M Cd (NO ₃ ) ₂ с 1,150 л 0,100 NH ₃ ( водн. ).
4. Объясните, почему добавление NH ₃ или HNO ₃ к насыщенному раствору Cu (OH) ₂ в контакте с твердым Cu (OH) ₂ увеличивает растворимость твердого вещества.
5. Иногда равновесия для комплексных ионов описывают в терминах констант диссоциации: K _d .{\; \; 3 -} [/ латекс].
6. Рассчитайте массу иона цианида калия, которая должна быть добавлена ​​к 100 мл раствора для растворения 2,0 × 10 ^–2 моль цианида серебра AgCN.
7. Рассчитайте минимальную концентрацию аммиака, необходимую в 1,0 л раствора для растворения 3,0 × 10 9 1065 –3 9 1066 моль бромистого серебра.
8. Рулон 35-мм черно-белой фотопленки перед проявлением содержит около 0,27 г неэкспонированного AgBr. Какая масса Na ₂ S ₂ O ₃ · 5H ₂ O (пентагидрат тиосульфата натрия или гипо) в 1.{\; \; 3 -} [/ латекс] ( K _f = 4,7 × 10 ¹³ )?
9. Мы видели вводное определение кислоты: кислота — это соединение, которое реагирует с водой и увеличивает количество присутствующего иона гидроксония. В главе, посвященной кислотам и основаниям, мы видели еще два определения кислот: соединение, которое отдает протон (ион водорода, H ⁺ ) другому соединению, называется кислотой Бренстеда-Лоури, а кислота Льюиса — это любой вид. который может принять пару электронов.{\; \; -} [/ латекс] в насыщенном растворе AgCN?
10. В разбавленном водном растворе HF действует как слабая кислота. Однако чистый жидкий HF (точка кипения = 19,5 ° C) является сильной кислотой. В жидком HF HNO ₃ действует как основание и принимает протоны. Кислотность жидкого HF может быть увеличена путем добавления одного из нескольких неорганических фторидов, которые являются кислотами Льюиса и принимают ион F ^— (например, BF ₃ или SbF ₅ ). Напишите сбалансированные химические уравнения реакции чистой HNO ₃ с чистым HF и чистого HF с BF ₃ .
11. Простейшей аминокислотой является глицин, H ₂ NCH ₂ CO ₂ H. Общей чертой аминокислот является то, что они содержат функциональные группы: аминогруппу –NH ₂ и карбоновую кислоту. группа, –CO ₂ H. Аминокислота может функционировать как кислота или основание. Для глицина сила кислоты карбоксильной группы примерно такая же, как у уксусной кислоты, CH ₃ CO ₂ H, а сила основания аминогруппы немного больше, чем у аммиака, NH ₃ .{\; \; -} [/ latex] группы.)

12. Борная кислота, H ₃ BO ₃ , не является кислотой Бренстеда-Лоури, а является кислотой Льюиса.

    (a) Напишите уравнение его реакции с водой.

    (b) Предскажите форму образованного таким образом аниона.

    (c) Какая гибридизация бора соответствует предсказанной вами форме?

Глоссарий

комплексный ион

ион, состоящий из центрального атома переходного металла и окружающих молекул или ионов, называемых лигандами

координатная ковалентная связь

(также дативная связь) связь, образующаяся, когда один атом обеспечивает оба электрона в общей паре

константа диссоциации

( K _d ) константа равновесия для разложения комплексного иона на его компоненты в растворе

постоянная формации

( K _f ) (также константа устойчивости) константа равновесия для образования комплексного иона из его компонентов в растворе

Кислота Льюиса

любые частицы, которые могут принимать пару электронов и образовывать координационную ковалентную связь

Кислотно-основной аддукт Льюиса

соединение или ион, который содержит координированную ковалентную связь между кислотой Льюиса и основанием Льюиса

База Льюиса

любые виды, которые могут отдавать пару электронов и образовывать координационную ковалентную связь

лиганд

Молекула или ион

, которая окружает переходный металл и образует комплексный ион; лиганды действуют как основания Льюиса

Решения

Ответы на упражнения в конце главы по химии

1.Когда количество твердого вещества настолько мало, что насыщенный раствор не образуется

3. 8 × 10 ^–5 M

5. 5 × 10 ²³

7.

[Cd ²⁺ ] = 9,5 × 10 ^–5 M ; [CN ^— ] = 3,8 × 10 ^–4 M

9. [Co ³⁺ ] = 3,0 × 10 ^–6 M ; [NH ₃ ] = 1,8 × 10 ^–5 M

11. 1.{+} [/ латекс]; (б) Электронная и молекулярная формы одинаковы — обе тетраэдрические. (c) Тетраэдрическая структура соответствует гибридизации sp ³ .

Антиоксиданты | Бесплатный полнотекстовый | Донорско-акцепторная способность отдельных лекарственных средств против COVID-19

1. Введение

Как мы все знаем и, следовательно, страдаем, новое коронавирусное заболевание-19 (COVID-19) вызвало глобальную пандемию [1]. Чтобы контролировать пандемию, правительства попросили население поддерживать взаимную здоровую дистанцию ​​и оставаться дома.Это имеет очевидные негативные последствия для экономики. В Мексике особенно постыдно социальное неравенство. Пятьдесят процентов населения живет в крайней нищете, имея ежедневный заработок. Таким людям контрпродуктивно оставаться дома и; поэтому внедрение социального дистанцирования и обязательной изоляции, как единственное средство борьбы с пандемией, было принято с трудом. Уже разработаны эффективные вакцины для предотвращения инфекции, в том числе для пациентов с хроническими аутоиммунными заболеваниями [2], но, к сожалению, у нас нет эффективного фармацевтического оружия против болезни COVID-19.Способность различных лекарств бороться с конкретными слабыми местами коронавируса была исследована [3], но эффективная и окончательная противовирусная стратегия еще не сформулирована. Опубликованные в литературе данные о влиянии добавок витамина D на пациентов с COVID-19 все еще противоречивы, но сообщалось о важности витамина D в стимулировании иммунного ответа на такие инфекции, как Covid19 [4]. Срочность ситуации, которую мы испытываем, требует и приветствует стратегии лечения наркозависимости, и некоторые из них уже находятся на рынке или проходят клинические испытания [5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 , 17,18,19,20,21,22,23,24,25,26].Перспективные препараты были предложены в качестве потенциальных ингибиторов основной протеазы SARS-Cov2, включая те, которые указаны в таблице 1. По-видимому, некоторые из препаратов включены в геном РНК-вирусов, производя мутации и вызывая ошибки в репликации. вируса, исход, известный как катастрофа вирусной ошибки. Как видно из таблицы 1, средства, используемые до сих пор для борьбы с COVID-19, включают антибиотики, противовирусные, противоопухолевые, антиретровирусные, противопаразитарные, противоглистные, противовоспалительные и антинейродегенеративные препараты.Несколько исследований ранее предполагали, что баланс дисульфид-тиола важен для вирусной инфекции COVID-19, и окислительный стресс от свободных радикалов может повлиять на этот баланс. Сообщалось [14,22,24], что окислительный стресс способствует повышению уязвимости людей к различным вирусам. Хотя мы не можем избежать окислительного стресса в нормальной жизни, очевидно, что карантин отрицательно влияет на образ жизни и увеличивает окислительный стресс среди населения. Точно так же признаки того, что тяжесть заболевания COVID-19 часто зависит от возраста людей, возможно, объясняются высокой антиоксидантной способностью детей по сравнению с пожилыми людьми.Следовательно, поглотители свободных радикалов могут быть полезны для уменьшения тяжести этого заболевания, и по этой причине важно исследовать антиоксидантную способность любых лекарств, используемых для лечения COVID-19. Несмотря на то, что уже существует ряд исследований, никакие теоретические исследования не оценили способность этих препаратов улавливать свободные радикалы. Таким образом, основной целью данного отчета является оценка антиоксидантных свойств молекул, представленных в таблице 1. Анализируется механизм одиночного переноса электрона и приводится классификация, касающаяся способности улавливать свободные радикалы.Эта информация может помочь определить лучшее оружие против COVID-19.

3. Результаты и обсуждение

На рисунке 1 представлено схематическое изображение исследуемых молекул. Анализируются девять противовирусных препаратов, две противораковые молекулы, один антибиотик, один антиоксидант, который содержится в апельсиновом соке (гесперидин), одно противоглистное и одно противопаразитарное (ивермектин). Об этих молекулах сообщалось как о возможных лекарствах для лечения COVID-19. Очевидно, что у молекулярных формул мало общего.Есть две молекулы с атомами F (валрубицин и эравациклин) и две с атомами Cl (никлозамид и амодиахин). Тенофовир, Софосбувир и Ремдесивир содержат атомы Р. в своей формуле. Ивермектин и Гесперидин — это молекулы, образованные из C, O и H, а другие молекулы также имеют в своей структуре атомы N. Механизм действия различен для каждого препарата, но, по-видимому, все они в некоторой степени эффективны против COVID-19. Электронно-донорно-акцепторная карта (DAM) [38] ранее сообщалось как мощный инструмент для исследования антиоксидантной способности посредством переноса электронов. механизм.DAM показан на рисунке 2 вместе со значениями всех исследуемых молекул. В DAM хорошая электронодонорная зона находится внизу слева, а хорошая электроноакцепторная секция — справа. Все молекулы могут быть классифицированы в соответствии с DAM как доноры электронов или акцепторы электронов. В этом исследовании молекулы со значениями ω + выше 1,0 считаются акцепторами электронов, а молекулы со значениями ω− менее 5,5 считаются донорами электронов. Результаты на Рисунке 2 показывают, что большинство молекул являются донорами электронов, а не акцепторами электронов.Как упоминалось ранее [40,41,42,43], электронодонорная и электроноакцепторная способности являются важными факторами в предотвращении окислительного стресса. Свободные радикалы — это очень реактивные молекулы, которые представляют собой неспаренный электрон и вызывают окислительный стресс. С другой стороны, молекулы-акцепторы электронов являются акцепторами свободных радикалов, которые могут принимать неспаренный электрон, тем самым дезактивируя свободный радикал. Принятие и отдача электронов — оба механизма, которые помогают улавливать свободные радикалы; следовательно, сокращая вызываемый ими окислительный стресс.В этом исследовании лучшими акцепторами электронов из анализируемых молекул являются валрубицин (противоопухолевый препарат с тремя атомами F), эравациклин (антибиотик с одним атомом F) и никлозамид (глистогонный препарат с двумя атомами Cl). По-видимому, присутствие галогенов увеличивает электронодонорную способность, а количество атомов галогена напрямую связано с электронодонорной способностью. Более того, было обнаружено, что введение фтора влияет на репликацию некоторых вирусов [25]. Следовательно, эти молекулы с атомами F могут быть хорошими антиоксидантами, а также способствовать сокращению репликации вирусов.В частности, валрубицин был классифицирован как противоопухолевый антибиотик, полученный из натуральных продуктов, продуцируемых почвенным грибком Streptomyces. Этот препарат влияет на несколько фаз клеточного цикла. Механизм действия может быть связан с его способностью принимать электроны. Амодиахин — противовирусный препарат с одним атомом Cl и хороший донор электронов. Сообщается, что гесперидин является антиоксидантом, что согласуется с результатами, представленными на рисунке 2, потому что он находится в зоне донора электронов.Эльбасвир также является хорошим донором электронов, но его основной механизм действия связан с его способностью ингибировать белок 5А.

Рибавирин и галидесивир являются эффективными лекарствами против COVID-19, поскольку они прочно связываются с его RdRp (важным вирусным ферментом в жизненном цикле РНК-вирусов). Они также могут действовать как поглотители свободных радикалов, поскольку отдают электроны. Есть еще три молекулы (ремдесивир, софосбувир и тенофовир), которые являются хорошими донорами электронов, но сообщаемый механизм действия против COVID-19 заключается в том, что они взаимодействуют с RdRp.Карфилзомиб — противоопухолевый агент и селективный ингибитор протеасом. Он работает, останавливая или замедляя рост раковых клеток в организме, а также является хорошим донором электронов, но не так хорош, как эльбасвир. Примечательно, что карфилзомиб и валрубицин являются противораковыми препаратами, но первый является акцептором электронов, а второй — донором электронов. Ивермектин и молнупиравир — два сильнодействующих препарата, как мы обсудим ниже, но они не так хороши в качестве акцепторов электронов, как валрубицин.

Теоретические энергии связывания протеазы SARS-CoV-2 для некоторых из исследуемых нами лекарств были недавно опубликованы [13,15,16].В таблице 2 представлены эти значения, а также полученные нами электронодонорные и электроноакцепторные мощности. Идея состоит в том, чтобы связать донорно-акцепторную способность электронов с энергиями связи. Очевидно [16], что эффективность лекарств против COVID-19 связана с их способностью образовывать связи, поскольку лекарства, которые прочно связываются с белком, лучше контролируют репликацию вируса. Первое, на что следует обратить внимание в таблице 2, это то, что все энергии связи составляют около 7 ккал, за исключением карфилзомиба, который составляет 13.8 ккал / моль. Это означает, что карфилзомиб прочно связывается с основной протеазой SARS-CoV-2. Однако это не лучший акцептор электронов, но хороший донор электронов. Валрубицин — лучший акцептор электронов, но его энергия связи не превышает энергию связи других молекул. Галидесивир является хорошим донором электронов, и его энергия связи аналогична энергии связи тенофовира. Энергия связи эравациклина аналогична энергии связи амодиахина, но эта молекула не является ни худшим, ни лучшим акцептором электронов.Этот анализ показывает, что нет корреляции между энергией связи и способностью принимать или отдавать электроны. Альянс Frontline COVID-19 Critical Care (FLCCC) [17] был создан в марте 2019 года в ответ на глобальную чрезвычайную ситуацию в области здравоохранения, чтобы проанализировать новые фундаментальные науки и клинические поиски протокола лечения COVID-19. FLCCC недавно обнаружил мощные противовирусные и противовоспалительные свойства ивермектина, противопаразитарного препарата. 9 марта 2021 года альянс FLCCC приветствует признание международной группой медицинских экспертов ивермектина как безопасного и эффективного средства лечения COVID-19 [18,19].Кроме того, недавно был введен противогриппозный вирус MK-4482 (молнупиравир) [26]. Очевидная высокая эффективность молнупиравира и ивермектина против COVID-19 может указывать на неизбежность борьбы с пандемией. Молнупиравир — это пролекарство, которое исправляет ошибки копирования, вызывающие вирусную катастрофу. Механизм действия ивермектина, по-видимому, связан с конкурентным связыванием этого препарата с областью связывания рецептора хозяина шипового белка SARS-CoV-2.Очевидно, эти два препарата не действуют как антиоксиданты. Наши результаты показывают, что это плохие акцепторы электронов. Вместо этого оба являются донорами электронов, но молнупиравир хуже, чем ивермектин.

Большинство противовирусных препаратов являются донорами электронов, то есть молекулами, способными восстанавливать другие молекулы. Поскольку эти молекулы способны восстанавливать другие молекулы, они могут выводить из строя и влиять на условия, необходимые для вирусной инфекции, такие как репликация и распространение вируса, но также они могут уменьшать количество других молекул, необходимых для жизни.Таким образом, выбирая между этими мощными препаратами, можно предположить, что многофункциональные рибавирин и валрубицин более эффективны, чем другие, потому что они лучше улавливают свободные радикалы. Однако валрубицин принимает электроны и, таким образом, может окислять другие молекулы. Парадокс заключается в том, что способность окислять другие молекулы может сделать его полезным для предотвращения инфекции, но также представляет опасность из-за окисления молекул, которые необходимы для жизни. Ивермектин и Молнупиравир; однако представляют собой два электронодонорных препарата, которые эффективны против COVID-19, и хотя они являются донорами электронов лучше, чем Рибавирин.Следовательно, это может быть преимуществом при рассмотрении этих двух молекул. Все эти препараты в некоторой степени эффективны для борьбы с болезнью, но до сих пор нет эффективного оружия против COVID-19.

4. Выводы

Окислительный стресс способствует увеличению вероятности заболевания COVID-19. Таким образом, поглотители свободных радикалов могут быть полезны для лечения COVID-19. Чтобы улавливать свободные радикалы, молекула может быть либо донором электронов, либо акцептором электронов.Согласно представленным здесь результатам, лучшим акцептором электронов является валрубицин (противоопухолевый препарат с тремя атомами F в структуре), а лучшим донором электронов является элбасвир (противовирусный препарат от хронического гепатита С). Большинство противовирусных препаратов являются хорошими донорами электронов. Чтобы сделать выбор между этими мощными препаратами, необходимо учитывать их многофункциональность и; поэтому предположите, что рибавирин и валрубицин лучше, чем другие, поскольку они также могут лучше улавливать свободные радикалы.Однако валрубицин принимает электроны и; следовательно, окисляет другие молекулы. Парадокс в том, что, будучи способным окислять другие молекулы, он может быть полезен для предотвращения инфекции, но также представляет опасность, поскольку окисляет молекулы, необходимые для жизни.