Szuperoxid

Szuperoxid
IUPAC-név	Szuperoxid
Szabályos név	Dioxidán-2-ilid
Más nevek	Hiperoxid, Dioxid(1−)
Kémiai azonosítók
CAS-szám	11062-77-4
PubChem	5359597
ChemSpider	4514331
KEGG	C00704
ChEBI	18421
SMILES O=[O-]
InChIKey	MXDZWXWHPVATGF-UHFFFAOYSA-N
Gmelin	487
UNII	0S9K0E25FL
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	O2
Moláris tömeg	32,00 g/mol
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A szuperoxid szuperoxidiont (O−2) tartalmazó vegyület.[1] Szabályos neve dioxid(1−). E reaktív oxigénszármazék különösen fontos, mivel a kétatomos oxigén egyelektronos redukciójának terméke.[2] 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.[3] A szuperoxidot korábban hiperoxidnak is nevezték.[4]

Vegyületek

A szuperoxid alkálifémekkel és -földfémekkel ionos vegyületeket alkot. A cézium-superoxid (CsO₂), a rubídium-szuperoxid (RbO₂), a kálium-szuperoxid (KO₂) és a nátrium-szuperoxid (NaO₂) O₂ és a megfelelő alkálifém reakciójával állítható elő.[5][6]

Ezek narancssárgák, száraz levegőben stabilak. Vízben oldva a O−2 gyors, pH-függő dizmutációval bomlik:[7]

${\displaystyle {\ce {2 O2- + H2O -> 3/2 O2 + 2 OH-}}}$

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 O−2 Brønsted-bázis, először hidroperoxilt (HO₂) adva.

A szuperoxid és a hidroperoxil vizes oldatban egyensúlyban vannak:[8]

${\displaystyle {\ce {O2- + H2O <=> HO2 + OH-}}}$

Mivel a hidroperoxil pK_a-ja mintegy 4,8,[9] 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:

${\displaystyle {\ce {2 NaO2 -> Na2O2 + O2}}}$

Biológia

A szuperoxid és a hidroperoxil gyakran felcserélhetően szerepelnek, de a szuperoxid gyakoribb fiziológiás pH-n. Mindkettő reaktív oxigénszármazék.[3] 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,[10] 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:

${\displaystyle {\ce {2 HO2 -> O2 + H2O2}}}$

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.[10] A citoszol-SOD nélküli egerek életképesek, de élettartamuk kisebb, májrák, izomatrófia, katarakták, thymusinvolutio, hemolitikus anémia és nőstényekben gyors korfüggő termékenységcsökkenés jelenik meg.[10]

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).[10] A legelterjedtebb nézet szerint az oxidatív stressz csak egy élettartam-korlátozó tényező a sok közül.

Az oxigén Fe^2+-hemmel való reakciója Fe(III) - szuperoxid komplex képződését igényli.[11]

Assayként

A biológiai rendszerekben keletkező szuperoxid assayje nehéz reakciókészsége és gyors bomlása miatt.[12] Egy megközelítés a szuperoxidot peroxiddá redukálja. Ezt fluorimetriásan elemzik.[12]

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
O+2	dioxigenil	1,12	2,5
O2	Oxigén	1,21	2
O−2	szuperoxid	1,28	1,5[13]
O2−2	peroxid	1,49	1

Jegyzetek

1. (2016. január 15.) „Superoxide Ion: Generation and Chemical Implications”. Chem. Rev. 116 (5), 3029–3085. o. DOI:10.1021/acs.chemrev.5b00407. PMID 26875845. 
2. Sawyer, D. T. Superoxide Chemistry, McGraw-Hill, doi:10.1036/1097-8542.669650
3. (2007. augusztus 1.) „Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease”. International Journal of Biochemistry & Cell Biology 39 (1), 44–84. o. DOI:10.1016/j.biocel.2006.07.001. PMID 16978905. 
4. (2016) „Superoxide Ion: Generation and Chemical Implications”. Chemical Reviews 116 (5), 3029–3085. o. DOI:10.1021/acs.chemrev.5b00407. PMID 26875845. 
5. Inorganic chemistry, 1st English, San Diego, CA & Berlin: Academic Press, W. de Gruyter (2001. január 15.). ISBN 0-12-352651-5 
6. (1977. július 1.) „The_Preparation_of_Calcium_Superoxide_from_Calcium_Peroxide_Diperoxyhydrate”. Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development 16. DOI:10.1021/i360062a015. 
7. Sablon:Cotton&Wilkinson5th
8. (1985. január 15.) „Reactivity of HO₂/O−2 Radicals in Aqueous Solution”. J. Phys. Chem. Ref. Data 14 (4), 1041–1091. o. DOI:10.1063/1.555739. 
9. HO₂•: the forgotten radical Abstract. [2017. augusztus 8-i dátummal az eredetiből archiválva].
10. (2007) „Trends in oxidative aging theories.”. Free Radic. Biol. Med. 43 (4), 477–503. o. DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. PMID 17640558. 
11. Chapter 5, Section 2.2.2 Fe(III)-Superoxo Intermediates, Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases, Metal Ions in Life Sciences. Springer, 141–144. o.. DOI: 10.1007/978-3-319-12415-5_5 (2015) 
12. (1994. május 1.) „A fluorimetric assay for hydrogen peroxide, suitable for NAD(P)H-dependent superoxide generating redox systems.”. Anal Biochem 218 (2), 309–13. o. DOI:10.1006/abio.1994.1183. PMID 8074285. 
13. (1955) „The Crystal Structure of α-Potassium Superoxide”. Acta Crystallographica 8 (8), 503–506. o. DOI:10.1107/S0365110X55001540. 

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Superoxide című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.