Гідроксильний радикал, який позначається як •OH або HO•, — нейтральна форма гідроксид-іона (OH⁻). Як вільний радикал, він є високореактивним і, отже, короткоживучим, що робить його дуже важливим у хімії радикалів.

У природі гідроксильні радикали найчастіше утворюються під час розкладу гідропероксидів (ROOH) або, в атмосферній хімії, у реакції збудженого атомарного кисню з водою. Вони також відіграють важливу роль у радіаційній хімії, де їх утворення може призводити до появи пероксиду водню та кисню, що, своєю чергою, здатне прискорювати корозію в таких середовищах, як системи охолодження ядерних реакторів. Інші важливі шляхи утворення включають фотодисоціацію пероксиду водню (H2O2) під дією ультрафіолетового випромінювання й реакцію Фентона, у якій слідові кількості відновлених перехідних металів каталізують розкладання пероксиду. В органічному синтезі гідроксильні радикали найчастіше генерують шляхом фотолізу .

Роль в біології Гідроксильні радикали інколи утворюються як побічний продукт дії імунної системи. Макрофаги та мікроглія найчастіше генерують цю сполуку у відповідь на дію певних патогенів, зокрема деяких бактерій. Руйнувальна дія гідроксильних радикалів пов'язана з кількома неврологічними аутоімунними захворюваннями, такими як , коли імунні клітини стають надмірно активними й токсичними для сусідніх здорових клітин.

Гідроксильний радикал може ушкоджувати практично всі типи макромолекул: вуглеводи, нуклеїнові кислоти (мутації), ліпіди () та амінокислоти (наприклад, перетворення феніланіна на m-тирозин і o-тирозин). Гідроксильний радикал має дуже короткий час біологічного напіврозпаду — приблизно 10−9 с — і високу реакційну здатність. Це робить його дуже небезпечною сполукою для організму.

На відміну від супероксиду, який може бути знешкоджений супероксиддисмутазою, гідроксильний радикал не можна усунути за допомогою ферментативної реакції. Механізми нейтралізації пероксильних радикалів для захисту клітинних структур включають ендогенні антиоксиданти, такі як мелатонін і глутатіон, а також харчові антиоксиданти, такі як манітол і вітамін E.

Роль в земній атмосфері Гідроксильний радикал (•OH) є одним із головних хімічних агентів, що визначають окиснювальну здатність атмосфери Землі, істотно впливаючи на концентрації та розподіл парникових газів і більшості забруднювачів повітря. Хоча вміст •OH становить близько 10−13 від кількості атмосферного кисню, він усе ж є найпоширенішим окисником у тропосфері — найнижчому шарі атмосфери. Розуміння змінності •OH важливе для оцінювання впливу людини на атмосферу та клімат. Оскільки •OH ініціює низку фотохімічних ланцюгових реакцій, час його існування в атмосфері Землі становить менше однієї секунди. Розуміння ролі •OH в окисненні метану (CH4) в атмосфері — спочатку до чадного газу (CO), а потім до діоксиду вуглецю (CO2) — є важливим для оцінювання часу перебування цього парникового газу, загального вуглецевого балансу тропосфери та його впливу на процес глобального потепління.

Основний шлях утворення радикала OH у тропосфері пов'язаний із фотолізом озону за довжин хвиль менше 320 нм. Утворений при цьому збуджений атомарний кисень O(1D) дуже швидко реагує з водяною парою H2O, утворюючи два гідроксильні радикали.

{O3} + h\nu \longrightarrow {O2} + {O(^1D)}, \quad \lambda < 320 { nm},

{O(^1D)} + {H2O} \longrightarrow 2 {.}{OH}.

Оскільки утворення •OH у тропосфері залежить від інтенсивності ультрафіолетового випромінювання, швидкість його формування максимальна поблизу екватора. Велика кількість водяної пари в районі внутрішньотропічної зони конвергенції поблизу екватора сприяє швидкому перебігу другої реакції.

Фотоліз пероксиду водню (H2O2) є ще одним поширеним шляхом утворення гідроксильних радикалів. Це відбувається за довжин хвиль менше 300 нм, із максимумом ефективності при 250 нм:

{H2O2} + h\nu \longrightarrow 2 {.}{OH} \quad \lambda < {300 nm}.

Гідроксильний радикал реагує з багатьма забруднювачами тропосфери, часто виступаючи першим етапом їх видалення. Він також відіграє важливу роль у руйнуванні деяких парникових газів, таких як метан і озон. Швидкість реакції з гідроксильним радикалом часто визначає тривалість існування багатьох забруднювачів в атмосфері, якщо вони не зазнають фотолізу або не видаляються разом із опадами. Наприклад, метан, який реагує з гідроксильними радикалами відносно повільно, має середній час життя понад 5 років, тоді як багато хлорфторвуглеводнів живуть понад 50 років.

Перша реакція з багатьма леткими органічними сполуками полягає у відщепленні атома водню з утворенням води та алкіл-радикала (R•): •OH + RH → H2O + R• Алкіл-радикал зазвичай швидко реагує з киснем з утворенням пероксильного радикала: R• + O2 → RO2• Подальша доля цього радикала в тропосфері залежить від таких чинників, як кількість сонячного випромінювання, рівень забруднення атмосфери та природа алкіл-радикала, що його утворив:розд.12,13.

Оскільки час життя радикалів •OH в атмосфері Землі дуже короткий, їх концентрації в повітрі дуже малі, і для їх безпосереднього виявлення потрібні надчутливі методи. Середні глобальні концентрації гідроксильного радикала визначають непрямо, аналізуючи вміст (CH3CCl3) в атмосфері. Міжрічна мінливість •OH, оцінена за вимірюваннями CH3CCl3, є малою (менше 2 %), що свідчить про загальну стійкість глобального вмісту •OH до збурень. Ця невелика мінливість узгоджується з вимірюваннями метану та інших слідових газів, які переважно окиснюються •OH, а також із результатами глобального фотохімічного моделювання.

Коментарі

Примітки