Свободные радикалы – это нестабильные атомы или молекулы, которые имеют один или несколько неспаренных электронов на своей внешней электронной оболочке. Узнайте больше о структуре, стабильности и влиянии свободных радикалов на организм. Контроль количества свободных радикалов является важным аспектом поддержания здоровья и предотвращения развития различных заболеваний. Читайте статью на сайте Мария-Косметолог.
Cодержание
Свободные радикалы – это нестабильные атомы или молекулы, которые имеют один или несколько неспаренных электронов на своей внешней электронной оболочке. По своей природе свободные радикалы стремятся к стабильности, и для этого они могут "отнимать" электроны у других атомов и молекул.
Структура и стабильность свободных радикалов
Свободные радикалы могут быть разделены на два типа: σ-электронные и π-электронные. У σ-электронных радикалов неспаренный электрон расположен на σ-орбитали, что позволяет атому сохранить свою гибридизацию и радикалу иметь ту же структуру, что и исходная молекула. Примерами σ-электронных радикалов являются фенильный, винильный и формильный радикалы.
У π-электронных радикалов неспаренный электрон расположен на p-орбитали, что приводит к специфической структуре радикала. Эти радикалы имеют sp2-гибридизацию и образуют плоские треугольники или низкие пирамиды. Примерами π-электронных радикалов являются алкильные, аллильные и бензильные радикалы.
Стабильность свободных радикалов может быть рассмотрена с термодинамической и кинетической точек зрения. Термодинамическая стабильность связана с эффективностью делокализации неспаренного электрона, поскольку это уменьшает энтальпию образования радикала. Кинетическая стабильность связана с энергетическими барьерами инверсии и скоростью реакции радикала.
Окислительный стресс и свободные радикалы
Свободные радикалы могут взаимодействовать со стабильными молекулами и вызывать окислительный стресс. Окислительный стресс – это неравновесное состояние, при котором количество свободных радикалов превышает количество антиоксидантов, способных их нейтрализовать. Исследования показывают, что окислительный стресс может быть причиной различных заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания и рак.
Свободные радикалы могут разрушать клетки и изменять их химическую структуру, включая повреждение молекул РНК и ДНК. Это может приводить к мутациям и развитию патологий в организме. Неконтролируемое количество свободных радикалов может спровоцировать преждевременное старение и различные патологии.
См. также
Примеры воздействия свободных радикалов
Одним из примеров воздействия свободных радикалов является их влияние на развитие сердечно-сосудистых заболеваний. Свободные радикалы могут окислять жиры в организме, что приводит к образованию холестериновых бляшек на стенках сосудов. Это может вызвать атеросклероз и сужение просвета сосудов, что является основной причиной смерти во всем мире.
Свободные радикалы также могут быть связаны со старением организма. Накопление свободных радикалов и поврежденных клеток может вызывать изменения, связанные с возрастом. Это поддерживает теорию, что свободные радикалы могут быть причиной преждевременного старения.
Заключение
Свободные радикалы кислорода – это нестабильные атомы или молекулы с неспаренными электронами, которые могут вызывать окислительный стресс и приводить к различным патологиям в организме. Контроль количества свободных радикалов является важным аспектом поддержания здоровья и предотвращения развития различных заболеваний.
Что нам скажет Википедия?
Свободные радикалы в химии — частицы, содержащие один или несколько неспаренных электронов на внешней электронной оболочке. Свободные радикалы бывают твёрдыми, жидкими и газообразными веществами и могут существовать от очень короткого (доли секунды) до очень долгого времени (до нескольких лет). Радикалы могут быть не только нейтральными, но и ионными (ион-радикалы), а также иметь более одного неспаренного электрона (как, например, у бирадикалов). Свободные радикалы обладают парамагнитными свойствами и являются очень реакционноспособными частицами.
Строение и стабильность
Свободные радикалы делят на σ-электронные и π-электронные. У σ-электронных радикалов неспаренный электрон расположен на σ-орбитали. Как следствие, атом с неспаренным электроном сохраняет свою гибридизацию, а радикал имеет практически то же строение, что и исходная молекула. К σ-электронным радикалам относятся фенильный (C6H5•), винильный (CH2=CH•) и формильный (HC•=O) радикалы, а также карбоксильный (CO2-•) и пиридильный (C5H5N+•) ион-радикалы. В таких радикалах неспаренный электрон слабо делокализуется. Например, в фенильном радикале спиновая плотность на радикальном центре составляет 0,9918, а существенное взаимодействие наблюдается лишь с орто-протонами.
У π-электронных радикалов неспаренный электрон расположен на p-орбитали, вследствие чего радикальный центр имеет sp2-гибридизацию. Окружающие атомы при этом расположены в узловой плоскости этой орбитали, а радикал имеет вид плоского треугольника или низкой пирамиды с очень малым энергетическим барьером инверсии. К π-электронным радикалам относятся, например, алкильные, аллильные и бензильные радикалы. Из них метильный радикал является плоским, а радикалы CF3• и C(CH3)3• представляют собой низкие пирамиды. Это подтверждается тем, что, например трифторметильный радикал имеет ненулевой дипольный момент (0,43 Д).
Стабильность радикалов рассматривают с термодинамических и кинетических позиций, хотя в большинстве случаев оба вида факторов действуют одновременно. Термодинамическая стабильность радикалов связана с тем, насколько эффективно делокализован неспаренный электрон, поскольку делокализация снижает энтальпию образования свободного радикала. Оценить энтальпию образования радикала можно по энергии диссоциации связи, разрыв которой приводит к образованию этого радикала.
Короткоживущие свободные радикалы
К короткоживущим относятся те свободные радикалы, у которых неспаренный электрон является локализованным, то есть у которых отсутствуют механизмы стабилизации за счёт участия соседних орбиталей или экранирования объёмными заместителями. Короткоживущими являются, например, радикалы NH2·, CH3·, OH·, SiH3· и др. Такие радикалы приходится стабилизировать либо при помощи сильного охлаждения (жидкими гелием, водородом, азотом или аргоном), либо за счёт эффекта клетки, когда свободные радикалы при низкой температуре находятся в окружении молекул застеклованного растворителя.
Короткоживущие свободные радикалы генерируют, воздействуя на вещество различными физическими или химическими способами. Типичным примером является генерирование метильного радикала при электролизе ацетата натрия в ходе реакции Кольбе.
Долгоживущие свободные радикалы
Долгоживущие свободные радикалы отличаются от короткоживущих тем, что неспаренный электрон в них сильно делокализован, а реакционный центр окружён объёмными заместителями, которые создают пространственные затруднения и понижают реакционную способность этого центра. Получают их различными химическими реакциями, в том числе реакциями одноэлектронного переноса и реакциями без затрагивания радикального центра.
Химические свойства
Поскольку у свободных радикалов есть неспаренный электрон, они проявляют характерные химические свойства. Так, они вступают в реакции с другими частицами, содержащими неспаренный электрон: со свободными радикалами (в том числе рекомбинируют сами с собой), металлами и молекулярным кислородом.
