From Wikipedia, the free encyclopedia
Singletni kisik s sistemskim imenom dioksiden ali dikisik je anorganska kemikalija v vzbujenem stanju s kemijsko formulo O2(a1Δg), ki se zapiše tudi z O*
2. Singletni kisik je elektronsko vzbujen molekularni kisik O2 in zato manj stabilen od običajnega tripletnega kisika. V izoliranem stanju je zaradi svojih nenavadnih lastnosti pri sobni temperaturi obstojen več kot eno uro. Njegove kemične lastnosti se zaradi razlik v elektronski konfiguraciji razlikujejo od lastnosti tripletnega kisika. Je zelo reaktiven.
Imena | |
---|---|
IUPAC ime
Singletni kisik | |
Identifikatorji | |
3D model (JSmol) |
|
ChEBI | |
Gmelin | 491 |
| |
| |
Lastnosti | |
O2 | |
Molska masa | 32,00 g·mol−1 |
reagira z vodo | |
Sklici infopolja | |
Singletni kisik nastaja običajno s fotosinteznim pigmentom. Poškodbe, ki jih na raznih organskih snoveh, na primer polimerih, povzroči svetloba, se pogosto pripisujejo ravno delovanju singletnega kisika. V fotodinamični terapiji se uporablja za ubijanje rakavih celic.
Modra barva tekočega in trdnega kisika je posledica sočasnega vzbujanja dveh molekul O2 z enim fotonom. Absorbirana energija ustreza energiji svetlobe na prehodu iz rdečega v zeleni del vidnega dela spektra, zato je barva tekočega in trdnega kisika navidezno modra.[1]
Za pridobivanje singletnega kisika je na razpolago več postopkov. V fotokemičnem procesu nastaja z obsevanje plinastega kisika v prisotnosti organskih barvil kot senzibilizatorjev. Uporabna barvila so na primer bengalsko roza, metilensko modro in porfirini.[2] Pridobiva se lahko tudi kemično, na primer z razgradnjo divodikovega trioksida ali z reakcijo natrijevega peroksida z natrijevim hipokloritom. Slednja reakcija je zelo prikladna za prikaz v kemijskih laboratorijih:
Po enem od postopkov nastaja s katalitskim razpadom fosfit ozonidov s piridinom pri nizkih temperaturah:
Postopek ima to prednost, da je reakcija lahko ciklična: nastali fosfatni ester se lahko reducira v fosfitni ester in ponovno uporabi za pridobivanje singletnega kisika.[1]
Kemija singletnega kisika se razlikuje od kemije kisika v osnovnem stanju. Singletni kisik na primer lahko sodeluje v Diels-Alderjevih [4+2] in [2+2]cikloadicijskih reakcijah, enskih reakcijah ter heteroatomskih (S, Se, P, N) in organokovinskih kompleksnih oksidacijskih reakcijah.[3][4] Singletni kisik reagira z alkeni (-CH=CH-CH2-), iz katerih v reakciji enskega tipa[5] odvzame alilni proton (vodik), pri čemer nastanejo alilni hidroperoksidi (HO-O-R, R = alkil), ki se lahko zatem reducirajo v alil alkohole. Reakcija ni prava enska reakcija. Primer takšne reakcije je oksigeniranje citronelola:[6]
Z nekaterimi substrati nastajajo 1,2-dioksietani. Ciklični dieni, na primer 1,3-ciklohehsadien, tvorijo [4+2]cikloadicijske adukte.[7] Z vodo tvori divodikov trioksid, nenavadno molekulo s tremi zaporednimi kisikovimi atomi.
V fotosintezi proizvajajo singletni kisik svetlobi izpostavljene molekule klorofila. Škodo, ki bi jo v fotosinteznih sistemih lahko povzroči singletni kisik, preprečujejo karotenoidi, ki bodisi odstranjujejo odvečno svetlobno energijo iz klorofilnih molekul ali neposredno ugašajo molekule singletnega kisika.
V biologiji sesalcev je singletni kisik ena od reaktivnih vrst kisika, ki je povezana z oksidacijo LDL holesterola in posledičnimi kardiovaskularnimi učinki. Previsoko koncentracijo aktivnega kisika in njegove škodljive oksidacijske učinke lahko zmanjšajo ali izničijo polifenolni antioksidanti.[8]
Zaužitje pigmentov, ki z aktiviranjem s svetlobo proizvajajo singletni kisik, lahko pri ljudeh in živalih povzroči hudo fotosenzitivnost kože (fotodermatitis in fitofotodermatitis). Pojav je še posebej zaskrbljujoč pri rastlinojedih živalih.
Singletni kisik je aktivna komponenta v fotodinamični terapiji.
Molekularna orbitalna teorija napoveduje dve nizko ležeči vzbujeni singletni stanji: O2(a¹Δg) in O2(b¹Σg+), ki se razlikujeta samo po spinu in zasedenosti dveh kisikovih degeneriranih antiveznih πg orbital. Stanje O2(b¹Σg+) ima zelo kratko življenjsko dobo in se hitro pretvori v spodnje vzbujeno stanje O2(a¹Δg), ki se običajno imenuje singletni kisik. Razlika energij med najnižjo energijo O2 v singletnem stanju in najnižjo energijo v tripletnem stanju je približno 11340 kelvinov (Te (a¹Δg <- X³Σg-) = 7882 cm−1, 94,3 kJ/mol, 0,98 eV).[2] Molekularni kisik se razlikuje od večine molekul po tem, da ima tripletno osnovno stanje z odprto orbitalo, O2(X³Σg-). Tri najnižja energijska stanja je mogoče opisati z enostavnim sistemom na spodnji sliki, realno stanje pa je mnogo bolj zapleteno, ker so vzbujena stanja kisika sestavljena iz kombinacije elektronskih stanj. Elektroni, ki so v nevzbujenem stanju parni, so v prvem vzbujenem stanju na ločenih degeneriranih orbitalah, ki jih predvideva Hundovo pravilo.[9]
Razlika energij med osnovnim in singletnim stanjem kisika je 94,3 kJ/mol, ki ustreza valovni dolžini približno 1270 nm na prehodu v infrardeči del spektra. V izolirani molekuli je prehod striktno prepovedan zaradi spina, simetrije in pravil izbora. Z drugimi besedami to pomeni, da je neposredno vzbujanje iz osnovnega stanja v singletno stanje s svetlobo zelo malo verjetno. Posledica tega je, da ima singletni kisik v plinski fazi izredno dolgo življenjsko dobo (72 minut). Vzajemno delovanje s topili njegovo življenjsko dobo skrajša na nekaj milisekund ali celo nanosekund.[10]
Neposredno odkrivanje singletnega kisika je mogoče z občutljivimi laserskimi spektroskopi[11] ali preko izjemno šibke fosforescence tako imenovanega singletnega kisikovega dimola - sočasnega sevanja dveh singletnih kisikovih molekul po trku, ki je opazna kot rdeč blisk z valovno dolžino 634 nm.[12]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.