Reactivo de fenton
reactivo de Fenton es una solución de peróxido de hidrógeno (H2O2) y un catalizador de hierro (normalmente hierro( II) sulfato, FeSO4). Se utiliza para oxidar contaminantes o aguas residuales como parte de un proceso de oxidación avanzado. El reactivo de Fenton se puede utilizar para destruir compuestos orgánicos como el tricloroetileno y el tetracloroetileno (percloroetileno). Fue desarrollado en la década de 1890 por Henry John Horstman Fenton como reactivo analítico.
Descripción general
El hierro (II) se oxida mediante peróxido de hidrógeno a hierro (III), formando un radical hidroxilo y un ion hidróxido en el proceso. Luego, el hierro (III) se reduce nuevamente a hierro (II) mediante otra molécula de peróxido de hidrógeno, formando un radical hidroperoxilo y un protón. El efecto neto es una desproporción del peróxido de hidrógeno para crear dos especies diferentes de radicales de oxígeno, con agua (H+ + OH-) como subproducto.
- Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO• + OH−
()1)
- Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HOO• + H+
()2)
- 2 H2O2 HO• + HOO• + H2O
()reacción neta: 1+2)
Los radicales libres generados por este proceso luego participan en reacciones secundarias. Por ejemplo, el hidroxilo es un oxidante potente y no selectivo. La oxidación de un compuesto orgánico por el reactivo de Fenton es rápida y exotérmica y da como resultado la oxidación de contaminantes principalmente a dióxido de carbono y agua.
La reacción (1) fue sugerida por Haber y Weiss en la década de 1930 como parte de lo que se convertiría en la reacción Haber-Weiss.
El sulfato de hierro (II) se utiliza normalmente como catalizador de hierro. Los mecanismos exactos del ciclo redox son inciertos y también se han sugerido mecanismos oxidantes de compuestos orgánicos distintos de los OH•. Por lo tanto, puede ser apropiado discutir ampliamente la química de Fenton en lugar de una reacción de Fenton específica.
En el proceso electro-Fenton, el peróxido de hidrógeno se produce in situ a partir de la reducción electroquímica del oxígeno.
El reactivo de Fenton también se utiliza en síntesis orgánica para la hidroxilación de arenos en una reacción de sustitución de radicales, como la conversión clásica de benceno en fenol.
- C6H6 + FeSO4 + H2O2 → C6H5OH + (productos)
()3)
Un ejemplo de reacción de hidroxilación implica la oxidación del ácido barbitúrico a aloxano. Otra aplicación del reactivo en síntesis orgánica es en reacciones de acoplamiento de alcanos. Como ejemplo, el terc-butanol se dimeriza con reactivo de Fenton y ácido sulfúrico para obtener 2,5-dimetil-2,5-hexanodiol. El reactivo de Fenton también se usa ampliamente en el campo de las ciencias ambientales para la purificación del agua y la remediación del suelo. Se informó que varias aguas residuales peligrosas se degradaban eficazmente mediante el reactivo de Fenton.
Efecto del pH sobre la formación de radicales libres
El pH afecta la velocidad de reacción debido a una variedad de razones. A un pH bajo, formación de complejos de Fe+2 también ocurre, lo que lleva a una menor disponibilidad de Fe+2 para formar especies oxidativas reactivas (OH•). Un pH más bajo también da como resultado la eliminación de •OH por el exceso de H+ , reduciendo así su velocidad de reacción. Mientras que a pH alto, la reacción se ralentiza debido a la precipitación de Fe(OH)3, lo que reduce la concentración de Fe+ 3 especies en solución. La solubilidad de las especies de hierro está directamente gobernada por el pH de la solución. Fe+3 es aproximadamente 100 veces menos soluble que Fe+2 en En agua natural a un pH casi neutro, la concentración de iones férricos es el factor limitante para la velocidad de reacción. En condiciones de pH elevado, la estabilidad del H2O2 también se ve afectada, provocando su autodescomposición. Un pH más alto también disminuyó el potencial redox del •OH, reduciendo así su eficacia. El pH juega un papel crucial en la formación de radicales libres y, por tanto, en el rendimiento de la reacción. Por lo tanto, se han realizado investigaciones en curso para optimizar el pH y, entre otros parámetros, lograr mayores velocidades de reacción.
Impactos del pH de operación en la tasa de reacción Baja pH Formación de [Fe(H)2O)6]2+ complejo, reduciendo así Fe2+ para la generación radical Escalada •OH por exceso H+ Alto pH Bajo potencial de redox •Oh. Autodecomposición de H2O2 debido a la disminución de la estabilidad en alta pH Precipitación de Fe(OH)3 especies en solución
Implicaciones biomédicas
La reacción de Fenton tiene diferentes implicaciones en la biología porque implica la formación de radicales libres por especies químicas naturalmente presentes en la célula bajo in vivo condiciones. Los iones transition-metal como el hierro y el cobre pueden donar o aceptar electrones libres a través de reacciones intracelulares y así contribuir a la formación, o al contrario de la estafa, de radicales libres. Los iones de superóxido y los metales de transición actúan de manera sinérgica en la aparición de daños radicales libres. Por lo tanto, aunque el significado clínico todavía no está claro, es una de las razones viables para evitar la suplementación de hierro en pacientes con infecciones activas, mientras que otras razones incluyen infecciones mediáticas de hierro.
Aplicaciones
El reactivo de Fenton se utiliza como agente de tratamiento de aguas residuales.
El reactivo de Fenton se puede utilizar en diferentes procesos químicos que suministran iones hidroxilo u oxidan ciertos compuestos:
- La primera etapa de la reacción de Fenton (oxidación de Fe3+ con peróxido de hidrógeno) se utiliza en la reacción Haber-Weiss
- El reactivo de Fenton se puede utilizar en reacciones de síntesis orgánica: por ejemplo, la hidroxilación de las islas mediante una sustitución radical libre
- Conversión de benceno en fenol utilizando el reactivo de Fenton
- Oxidación de ácido barbitúrico en aloxano.
- Coupling reactions of alkanes
Reactivo tipo Fenton
Mezclas de Fe+2 y H2O2 se llaman reactivo de Fenton. Si Fe+2 se reemplaza por Fe+3, se llama Reactivo tipo Fenton.
Se encontraron numerosos iones de metales de transición y sus complejos en sus estados de oxidación más bajos (LmMn+) tener las características oxidativas del reactivo de Fenton y, por tanto, las mezclas de estos compuestos metálicos con H2O2 fueron denominados "tipo Fenton" reactivos.