Singulett-Sauerstoff

Fred Kopf November 9, 2016 S 325 0
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Singulett-Sauerstoff ist eine anorganische Chemikalie in einem angeregten Zustand, mit der chemischen Formel O
2. Singulett-Sauerstoff ist der gemeinsame Name für einen elektronisch angeregten Zustand von molekularem Sauerstoff, die weniger stabil als das normale Triplett-Sauerstoff verwendet wird. Wegen seiner ungewöhnlichen Eigenschaften, kann Singulett-Sauerstoff über eine Stunde lang bei Raumtemperatur fortbestehen, in der Isolation. Aufgrund der Unterschiede in ihren Elektronenschalen, Singulett und Triplett-Sauerstoff unterscheiden sich in ihren chemischen Eigenschaften. Singulettsauerstoff ist hoch reaktiv.

Singulett-Sauerstoff wird in der Regel mit einem Photosensibilisator Pigment erzeugt. Die schädlichen Wirkungen von Sonnenlicht auf vielen organischen Materialien werden häufig zu den Wirkungen von Singulett-Sauerstoff zurückzuführen. In der photodynamischen Therapie wird Singulett-Sauerstoff erzeugt wird, um Krebszellen abzutöten.

Die blaue Farbe von flüssigen und festen O2 ist eigentlich aufgrund der gleichzeitigen Anregung durch ein einzelnes Photon aus zwei O2-Moleküle aus ihren Grundzuständen, ihre angeregten Zustände, in dem die zugehörige Energie absorbiert hat, entspricht der Absorption von Licht im roten bis grünen Bereich Der sichtbare Teil des Spektrums, also die reflektierte Farbe von flüssigen und festen O2 erscheint blau.

Herstellung

Verschiedene Verfahren für die Herstellung von Singulett-Sauerstoff vorhanden ist. Eine photochemische Verfahren umfaßt die Bestrahlung von normalem Sauerstoffgas in Gegenwart von einem organischen Farbstoff als Sensibilisator, wie Rose Bengal, Methylenblau oder Porphyrine. Singulett-Sauerstoff kann auch chemisch erzeugt werden. Ein chemisches Verfahren ist, durch die Zersetzung von Wasserstoff-Trioxid oder Wasserstoffperoxid mit Natriumhypochlorit, das bequem in Schullabors zu Demonstrationszwecken ist reagieren:

Eine andere Methode ist über Phosphitozoniden, die wiederum in situ generiert wird. Die Phosphitozonid wird dann katalytisch von Pyridin bei niedriger Temperatur zerlegt, um Singulett-Sauerstoff zu geben:

Der Vorteil dieser Methode ist, dass die Reaktion kann cyclisch sein, was die resultierenden Phosphatester ist mit dem Phosphitester zur weiteren Herstellung von Singulett-Sauerstoff reduziert.

Organische Chemie

Die Chemie von Singulett-Sauerstoff ist verschieden von dem Sauerstoff im Grundzustand. Beispielsweise kann Singulettsauerstoff in Diels-Alder-Cycloadditions, En-Reaktionen und Heteroatom und organometallische komplexe Oxidationsreaktionen teilnehmen. Singulett-Sauerstoff reagiert mit einem Alken -CH = CH-CH2- durch Abstraktion des allylischen Protonen in einer En-Reaktion-Reaktion zum Allylalkohol Hydroperoxid HO-OR, die dann zu dem Allylalkohol reduziert werden kann. Ein Beispiel ist eine Sauerstoffanreicherung von Citronellol:

Mit einigen Substraten 1,2-Dioxetanen ausgebildet sind und cyclische Diene, wie 1,3-Cyclohexadien Form Cyclo Addukte. Mit Wasser Dihydrogentrioxid, eine ungewöhnliche Molekül mit drei aufeinanderfolgenden verknüpften Sauerstoffatomen gebildet.

Biochemie

In der Photosynthese, kann Singulett-Sauerstoff von den lichtsammelnden Chlorophyll-Moleküle hergestellt werden. Eine der Rollen von Carotinoiden in photo Systeme ist es, Schäden durch erzeugte Singulett-Sauerstoff verursacht entweder durch Entfernen überschüssigen Lichtenergie von Chlorophyllmoleküle oder direkt Abschrecken der Singulettsauerstoffmoleküle verhindern.

Für Säugetiere ist Singulettsauerstoff eine der reaktiven Sauerstoffspezies, die Oxidation von LDL-Cholesterin und resultierende kardiovaskulären Effekten verbunden ist. Polyphenol Antioxidantien abzufangen und Konzentrationen von reaktiven Sauerstoffspezies zu reduzieren und kann eine solche schädliche oxidative Effekte zu verhindern.

Verschlucken von Pigmenten in der Lage, Singulett-Sauerstoff mit der Aktivierung durch Licht kann zu schweren Lichtempfindlichkeit der Haut zu produzieren. Dies ist insbesondere ein Problem in pflanzenfressende Tiere.

Singulettsauerstoff die aktive Spezies in der photodynamischen Therapie.

Orbital-Staaten

Molekülorbitaltheorie sagt voraus, zwei niedrig liegenden angeregten Singulett-Zustände O2 und O2. Diese elektronischen Zustände unterscheiden sich nur in der Spin und die Belegung von zwei entarteten anti πg-Orbitale des Sauerstoffs. Die O2-Zustand ist sehr kurzlebig und entspannt schnell auf den niedrigsten liegenden angeregten Zustand, O2. Somit wird die O2-Zustand gewöhnlich als Singulett-Sauerstoff bezeichnet. Die Energiedifferenz zwischen dem niedrigsten Energie von O2 in den Singulett-Zustand und der niedrigsten Energie in dem Triplett-Zustand ist etwa 11.340 Kelvin = 7882 cm, 94,3 kJ / mol, 0,98 eV) Molekularer Sauerstoff unterscheidet sich von den meisten Moleküle in eine offene Schalen Triplett Grundzustand, O2. Obwohl die drei niedrigsten Energiezuständen von Sauerstoff kann durch den einfachen Schema in der Figur beschrieben wird, ist dies eine Vereinfachung. Die angeregten Zustände von Sauerstoff bestehen aus Kombinationen von elektronischen Zuständen gemacht. Die Elektronen im gleichen Orbital gepaart, während der ersten angeregten Zustand beinhaltet Zustände mit den Elektronen in separaten entarteten Orbitalen, wie man es von der Hundschen Regel zu erwarten.

Chemie

Die Energiedifferenz zwischen Grundzustand und Singulettsauerstoff 94,3 kJ / mol und entspricht einem Übergang in dem nahen Infrarot bei ~ 1.270 nm. In der isolierten Moleküls wird der Übergang streng von Spin, Symmetrie und Paritätsauswahlregeln verboten, so dass es eines der verbotene Übergänge der Natur. In anderen Worten, ist die direkte Anregung von Sauerstoff im Grundzustand mit Licht Singulett-Sauerstoff zu bilden, sehr unwahrscheinlich. Als Folge wird Singulett-Sauerstoff in der Gasphase extrem langlebig. Interaktion mit Lösungsmitteln reduziert jedoch die Lebensdauer zu Mikrosekunden oder sogar Nanosekunden.

Direkten Nachweis von Singulett-Sauerstoff kann mit empfindlichen Laser-Spektroskopie oder durch extrem schwache Phosphoreszenz bei 1270 nm, was nicht sichtbar ist. Bei hohen Konzentrationen von Singulett-Sauerstoff, die Fluoreszenz des so genannten Singulett-Sauerstoff dimol kann als ein rotes Glühen bei 634 nm beobachtet werden.

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