Tự oxy hóa khử

Trong hóa học, tự oxy hóa khử hay dị phân, dị ly (tiếng Anh: disproportionation hoặc dismutation) là một phản ứng oxy hóa khử trong đó nguyên tử của một nguyên tố có trạng thái oxy hóa trung gian tham gia vào cả hai quá trình khử và quá trình oxy hóa tạo ra hai sản phẩm.[1][2] Tổng quát hơn, thuật ngữ này có thể được áp dụng cho bất kỳ phản ứng nào thuộc loại sau: 2A → A' + A", bất kể đó là phản ứng oxy hóa khử hay một số loại phản ứng khác.[3]

Phương trình tiêu biểuSửa đổi

Phản ứng thuậnSửa đổi

Thủy ngân(I) chloride tự oxy hóa khử khi bị chiếu xạ tia cực tím:

 

Acid phosphorơ tự oxy hóa khử khi đun nóng để tạo ra acid phosphoricphosphin:

 

Phản ứng nghịchSửa đổi

Phản ứng tự oxy hóa nghịch xảy ra khi một hợp chất ở trạng thái oxy hóa trung gian được hình thành từ các tiền chất của trạng thái oxy hóa thấp hơn và cao hơn, được gọi là phản ứng hợp phân (comproportionation hay synproportionation):

Khi pin chì hoạt động có phản ứng hợp phân xảy ra như sau:

 

Trong phương pháp Claus, hai hợp chất khí khác nhau của lưu huỳnh phản ứng khi có mặt chất xúc tác để tạo ra lưu huỳnh đơn chất:

 

Lịch sử nghiên cứuSửa đổi

Phản ứng tự oxy hóa đầu tiên được nghiên cứu chi tiết là:

 

Điều này đã được Johan Gadolin khảo sát bằng cách sử dụng tartrat vào năm 1788. Trong bài viết tiếng Thụy Điển của mình, ông gọi phản ứng này là "söndring".[4][5]

Các ví dụ khácSửa đổi

 
Chlor ban đầu ở trạng thái oxy hóa 0 sau đó bị oxy hóa thành ion Cl có số oxi hóa −1, đồng thời bị khử thành ion ClO3 có số oxy hóa +5.
 
  • Quá trình phân hủy gốc tự do superoxide thành hydro peroxideoxy được xúc tác trong các hệ thống sống nhờ enzyme superoxide dismutase:
 
Trạng thái oxy hóa của khí oxy ban đầu là 0, sau phản ứng là −1/2 trong anion gốc tự do superoxide, −1 trong hydro peroxide.
 
 
  • Nitơ có trạng thái oxy hóa +4 trong nitơ dioxide, nhưng khi hợp chất này phản ứng với nước, nó tạo thành cả acid nitricacid nitơ, trong đó nitơ lần lượt có trạng thái oxy hóa +5 và +3 tương ứng:
 
 
  • Dithionite cũng trải qua quá trình thủy phân trong kiềm thành sulfitsulfua:[8]
 
 

Hóa sinh họcSửa đổi

Năm 1937, Hans Adolf Krebs, người phát hiện ra chu trình Krebs, đã xác nhận quá trình phân hủy kỵ khí của acid pyruvic thành acid lactic, acid aceticCO2 bởi một số vi khuẩn theo phản ứng tổng quát:[10]

2 acid pyruvic + H2O → acid lactic + acid acetic + CO2

Việc biến đổi acid pyruvic thành các phân tử nhỏ khác (etanol + CO2, hoặc lactat và acetat, tùy thuộc vào điều kiện môi trường) cũng là một bước quan trọng trong phản ứng lên men. Các phản ứng lên men cũng có thể được coi là các phản ứng sinh hóa tự oxy hóa khử. Thật vậy, chất cho và chất nhận electron trong các phản ứng oxy hóa khử của hệ thống sinh hóa phức tạp này là các phân tử hữu cơ giống nhau.

Một ví dụ khác về phản ứng khử quá trình sinh hóa là sự tự oxy hóa khử của acetaldehyd thành etanolacid acetic.[11]

Trong quá trình hô hấp, các electron được chuyển từ cơ chất (chất cho điện tử) sang chất nhận điện tử. Trong trường hợp lên men, một phần của phân tử cơ chất tự nhận các điện tử. Do đó, quá trình lên men là một kiểu phản ứng tự oxy hóa khử và không liên quan đến sự thay đổi tổng thể trạng thái oxy hóa của cơ chất.[12] Hầu hết các cơ chất lên men là các phân tử hữu cơ. Tuy nhiên, một số vi khuẩn khử sulfat nhất định (ví dụ như Desulfovibrio sulfodismutans) có một kiểu lên men hiếm gặp, chúng có thể lên men tự oxy hóa khử các hợp chất lưu huỳnh vô cơ.[12]

Xem thêmSửa đổi

Tham khảoSửa đổi

  1. ^ Shriver, D. F.; Atkins, P. W.; Overton, T. L.; Rourke, J. P.; Weller, M. T.; Armstrong, F. A. “Inorganic Chemistry” W. H. Freeman, New York, 2006. ISBN 0-7167-4878-9.
  2. ^ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  3. ^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "disproportionation". Toàn văn bản Giản Lược Thuật Ngữ Hoá Học.
  4. ^ Gadolin Johan (1788) K. Sv. Vet. Acad. Handl. 1788, 186-197.
  5. ^ Gadolin Johan (1790) Crells Chem. Annalen 1790, I, 260-273.
  6. ^ Charlie Harding, David Arthur Johnson, Rob Janes, (2002), Elements of the P Block, Published by Royal Society of Chemistry, ISBN 0-85404-690-9
  7. ^ Non Aqueous Media.
  8. ^ a b José Jiménez Barberá; Adolf Metzger; Manfred Wolf (2005), “Sulfites, Thiosulfates, and Dithionites”, Bách khoa toàn thư Ullmann về Hóa chất công nghiệp, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a25_477Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
  9. ^ J. Meyer and W. Schramm, Z. Anorg. Chem., 132 (1923) 226. Cited in: A Comprehensive Treatise on Theoretical and Inorganic Chemistry, by J.W. Meller, John Wiley and Sons, New York, Vol. XII, p. 225.
  10. ^ Krebs, H.A. (1937). “LXXXVIII - Dismutation of pyruvic acid in gonoccus and staphylococcus”. Biochem. J. 31 (4): 661–671. doi:10.1042/bj0310661. PMC 1266985. PMID 16746383.
  11. ^ Biochemical basis of mitochondrial acetaldehyde dismutation in Saccharomyces cerevisiae
  12. ^ a b Bak, Friedhelm; Cypionka, Heribert (1987). “A novel type of energy metabolism involving fermentation of inorganic sulphur compounds”. Nature. 326 (6116): 891–892. Bibcode:1987Natur.326..891B. doi:10.1038/326891a0. PMID 22468292.