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reactivo de fenton

El reactivo de Fenton es una solución de peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) y un catalizador de hierro (típicamente sulfato de hierro (II) , FeSO 4 ). [1] 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. [2] [3] [4]

Reacciones

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. [5]

Los radicales libres generados por este proceso participan en reacciones secundarias. Por ejemplo, el hidroxilo es un oxidante potente y no selectivo. [6] 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 de Haber-Weiss . [7]

Normalmente se utiliza sulfato de hierro (II) como catalizador de hierro. Los mecanismos exactos del ciclo redox son inciertos y también se han sugerido mecanismos de oxidación de compuestos orgánicos distintos de los OH . [ cita necesaria ] 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. [8]

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 .

Un ejemplo de reacción de hidroxilación implica la oxidación del ácido barbitúrico a aloxano . [9] 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. [10] 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. [11]

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, la complejación del Fe+2También ocurre, lo que lleva a una menor disponibilidad de Fe.+2para formar especies oxidativas reactivas (OH • ). [12] Un pH más bajo también resulta en la eliminación de • OH por el exceso de H + , [13] 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+3especies en solución. [11] La solubilidad de las especies de hierro está directamente gobernada por el pH de la solución . fe+3es aproximadamente 100 veces menos soluble que el Fe+2En agua natural a 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 H 2 O 2 también se ve afectada, provocando su autodescomposición. [14] Un pH más alto también disminuyó el potencial redox del OH , reduciendo así su eficacia. [15] 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. [dieciséis]

Implicaciones biomédicas

La reacción de Fenton tiene diferentes implicaciones en biología porque implica la formación de radicales libres por especies químicas presentes naturalmente en la célula en condiciones in vivo . [17] Los iones de metales de transición como el hierro y el cobre pueden donar o aceptar electrones libres a través de reacciones intracelulares y contribuir así a la formación o, por el contrario, a la eliminación de radicales libres . Los iones superóxido y los metales de transición actúan de forma sinérgica en la aparición de daños por radicales libres. [18] Por lo tanto, aunque la importancia clínica aún no está clara, es una de las razones viables para evitar la suplementación con hierro en pacientes con infecciones activas, mientras que otras razones incluyen infecciones mediadas por hierro. [19]

Aplicaciones

El reactivo de Fenton se utiliza como agente de tratamiento de aguas residuales. [20]

El reactivo de Fenton se puede utilizar en diferentes procesos químicos que suministran iones hidroxilo u oxidan ciertos compuestos: [21]

Reactivo tipo Fenton

Mezclas de Fe+2y H 2 O 2 se denominan reactivo de Fenton. Si Fe+2es reemplazado por Fe+3, se llama reactivo tipo Fenton.

Se encontró que numerosos iones de metales de transición y sus complejos en sus estados de oxidación más bajos ( LmMn + ) tenían las características oxidativas del reactivo de Fenton y, por lo tanto, las mezclas de estos compuestos metálicos con H 2 O 2 se denominaron "similares a Fenton". reactivos. [22]

Ver también

Referencias

  1. ^ Hemond, Harold (2015). Destino químico y transporte en el medio ambiente (3ª ed.). Elsevier. pag. 287.ISBN​ 9780123982568.
  2. ^ Koppenol, WH (1 de diciembre de 1993). "El centenario de la reacción de Fenton". Biología y Medicina de los Radicales Libres . 15 (6): 645–651. doi :10.1016/0891-5849(93)90168-t. PMID  8138191.
  3. ^ Fenton, HJH (1894). "Oxidación del ácido tartárico en presencia de hierro". Revista de la Sociedad Química, Transacciones . 65 (65): 899–911. doi :10.1039/ct8946500899.
  4. ^ Hayyan, M.; Hashim, MA; Al Nashef, IM (2016). "Ion superóxido: generación e implicaciones químicas". Reseñas químicas . 116 (5): 3029–3085. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00407 . PMID  26875845.
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Otras lecturas

enlaces externos