A szuperoxid szuperoxidiont () tartalmazó vegyület. Szabályos neve dioxid(1−). E reaktív oxigénszármazék különösen fontos, mivel a kétatomos oxigén egyelektronos redukciójának terméke.Sawyer, D. T. Superoxide Chemistry, McGraw-Hill, A kétatomos oxigén két páratlan elektronnal rendelkezik, a szuperoxid egy elektron hozzáadásának eredménye, mely egy elfajult molekulapályát tölt fel, egy páratlan elektront tartalmazó egyszeresen töltött aniont adva. Mindkettő paramágneses gyök. A szuperoxidot korábban hiperoxidnak is nevezték. Vegyületek A szuperoxid alkálifémekkel és -földfémekkel ionos vegyületeket alkot. A cézium-superoxid (), a rubídium-szuperoxid (), a kálium-szuperoxid () és a nátrium-szuperoxid () és a megfelelő alkálifém reakciójával állítható elő.
Ezek narancssárgák, száraz levegőben stabilak. Vízben oldva a gyors, pH-függő dizmutációval bomlik:
2 O2- + H2O -> 3/2 O2 + 2 OH-
E reakció (a kilélegzett levegő nedvességével és szén-dioxid-tartalmával) révén használható a kálium-szuperoxid a kémiai oxigéngenerátorok oxigénforrásaként. A szuperoxidok használatosak tűzoltók oxigéntartályaiban könnyen elérhető oxigénforrásként. Itt a Brønsted-bázis, először hidroperoxilt () adva.
A szuperoxid és a hidroperoxil vizes oldatban egyensúlyban vannak: O2- + H2O <=> HO2 + OH-
Mivel a hidroperoxil pKa-ja mintegy 4,8, a szuperoxid jellemzően anionként van jelen semleges pH-nál.
A kálium-szuperoxid oldékony dimetil-szulfoxidban (amit a koronaéterek megkönnyítenek), és amíg nem érhetők el protonok, stabil. A szuperoxid aprotikus oldószerekben is előállítható ciklikus voltammetriával.
Szilárd szuperoxidok is bomolhatnak, de ehhez hevítés kell: 2 NaO2 -> Na2O2 + O2 Biológia A szuperoxid és a hidroperoxil gyakran felcserélhetően szerepelnek, de a szuperoxid gyakoribb fiziológiás pH-n. Mindkettő reaktív oxigénszármazék. Kórokozók elölésére hozza létre az immunrendszer. A fagocitákban a szuperoxid nagy részét az NADPH-oxidáz hozza létre patogének oxigéndependens elölésére. Ennek mutációja az immunhiánnyal járó krónikus granulatóma okozója lehet, mely jelentős fertőzésérzékenységgel jár, különösen katalázpozitív baktériumok által. Ezzel szemben a szuperoxid-dizmutáz nélküli baktériumok nem virulensek. A szuperoxid a mitokondriális légzés (különösen az I. és III. komplex) vagy néhány más enzim, például a xantin-oxidáz által létrehozva is káros lehet, amely az oxigénhez való elektrontranszfert katalizálja erősen redukáló környezetben.
Mivel a szuperoxid nagy koncentráció mellett méreg, sok oxigéntartalmú környezetben élő élőlény kifejez SOD-t. Ez hatékonyan katalizálja a szuperoxid bomlását: 2 HO2 -> O2 + H2O2 Más, a szuperoxiddal oxidálható vagy redukálható fehérjék, például a hemoglobin gyenge SOD-szerű aktivitással rendelkeznek. A SOD-knockout hibás fenotípusokat adnak, és fontosak a szuperoxid mérgező hatásában in vivo.
A mitokondriális és citoszol-SOD nélküli élesztő kevéssé növekszik levegőn, de jól növekszik anaerob körülmények között. A citoszol-SOD hiánya jelentősen növeli a mutagenezist és a genominstabilitást. A mitokondriális SOD-t (MnSOD) mintegy 21 nappal születés után neurodegeneráció, kardiomiopátia és laktacidózis miatt meghalnak. A citoszol-SOD nélküli egerek életképesek, de élettartamuk kisebb, májrák, izomatrófia, katarakták, thymusinvolutio, hemolitikus anémia és nőstényekben gyors korfüggő termékenységcsökkenés jelenik meg.
A szuperoxid számos betegséghez hozzájárulhat, különösen a sugárbetegséghez és a hiperoxia okozta sérüléshez, valamint feltehetően az általa okozott oxidatív stressz révén. Míg a szuperoxid hatása egyes betegségek patogenezisében erős (például a CuZnSOD vagy a MnSOD nagyobb expressziója jobb ellenállást jelent a stroke-ra és a szívinfarktusra), a szuperoxid és az öregedés kapcsolata nem bizonyított. Modellszervezetekben a CuZnSOD-knockout élettartam-rövidülést és néhány öregedési jel (katarakták, izomatrófia, makuladegeneráció) gyorsulását okozza, de a CuZnSOD-szintek növekedése nem feltétlenül növeli az élettartamot (kivéve a Drosophila esetén). A legelterjedtebb nézet szerint az oxidatív stressz csak egy élettartam-korlátozó tényező a sok közül.
Az oxigén -hemmel való reakciója Fe(III)–szuperoxid komplex képződését igényli.
Assayként A biológiai rendszerekben keletkező szuperoxid assayje nehéz reakciókészsége és gyors bomlása miatt. Egy megközelítés a szuperoxidot peroxiddá redukálja. Ezt fluorimetriásan elemzik.
Szerkezet A szuperoxidokban az oxigén oxidációs száma −0,5. Míg a kétatomos oxigén 2 páratlan elektront tartalmaz, egy elektron hozzáadása feltölti az egyik elfajult molekulapályát, egy páratlan elwktronnal rendelkező és −1 töltésű iont adva. Mindkét anyag paramágneses gyök.
Az oxigén származékaiban az O–O kötés hossza megfelel a kötés rendjének. Oxigénszármazék Név O–O távolság (Å) Kötésrend dioxigenil1,122,5 Oxigén1,212 szuperoxid 1,281,5 peroxid 1,491 Jegyzetek
Fordítás
Kategória:Gyökök Kategória:Anionok