什么是自由基,自由基是怎么产生的?
2017-04-11 15:22:00 来源:互联网

自由基由于含有不成对电子,表现得非常活跃,而存在空间相当广泛。那么你对自由基了解多少呢?以下是由氢爱天下小编整理关于什么是自由基的内容,希望大家喜欢!

自由基的概念

自由基,化学上也称为“游离基”,是指化合物的分子在光热等外界条件下,共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。(共价键不均匀裂解时,两原子间的共用电子对完全转移到其中的一个原子上,其结果是形成了带正电和带负电的离子,这种断裂方式称之为键的异裂。)在书写时,一般在原子符号或者原子团符号旁边加上一个“·”表示没有成对的电子。如氢自由基(H·,即氢原子)、氯自由基(Cl·,即氯原子)、甲基自由基(CH3·)。自由基反应在燃烧、气体化学、聚合反应、等离子体化学、生物化学和其他各种化学学科中扮演很重要的角色。历史上第一个被发现和证实的自由基是由摩西·冈伯格在1900年于密歇根大学发现的三苯甲基自由基。中国有机化学家刘有成院士在自由基化学领域也做出了杰出贡献。

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自由基的形成方式

在一个化学反应中,或在外界(光、热、辐射等)影响下,分子中共价键断裂,使共用电子对变为一方所独占,则形成离子;若分裂的结果使共用电子对分属于两个原子(或基团),则形成自由基。

有机化合物(Organiccompounds)发生化学反应时,总是伴随着一部分共价键(covalentbond)的断裂和新的共价键的生成。当共价键发生均裂(homolyticbondcleavage)时,两个成键电子的分离,所形成的碎片有一个未成对电子,如H·,CH·,Cl·等。若是由一个以上的原子组成时,称为自由基(radical)。因为存在未成对电子,自由基和自由原子非常的活泼,通常无法分离得到。不过在许多反应中,自由基和自由原子以中间体的形式存在,尽管浓度很低,存留时间很短。

外界环境中的阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等都会使人体产生更多活性氧自由基,使核酸突变,这是人类衰老和患病的根源。体内活性氧自由基具有一定的功能,如免疫和信号传导过程。但过多的活性氧自由基就会有破坏作用,导致人体正常细胞和组织的损坏,从而引起多种疾病。如心脏病、老年痴呆症、帕金森病和肿瘤。

自由基还可以通过一个原子或者分子的氧化还原过程来形成。

自由基的特性

自由基又称游离基,是具有非偶电子的基团或原子,它有两个主要特性:

一是化学反应活性高;

二是具有磁矩。

在一个化学反应中,或在外界(光、热等)影响下,分子中共价键分裂的结果,使共用电子对变为一方所独占,则形成离子;若分裂的结果使共用电子对分属于两个原子(或基团),则形成自由基。包括以下产生方式:

①引发剂引发,通过引发剂分解产生自由基

②热引发,通过直接对单体进行加热,打开乙烯基单体的双键生成自由基

③光引发,在光的激发下,使许多烯类单体形成自由基而聚合

④辐射引发,通过高能辐射线,使单体吸收辐射能而分解成自由基

⑤等离子体引发,等离子体可以引发单体形成自由基进行聚合,也可以使杂环开环聚合

⑥微波引发,微波可以直接引发有些烯类单体进行自由基聚合。

自由基存在空间

自由基由于含有不成对电子,表现得非常活跃,而存在空间相当广泛。

科学家在二十世纪初从烟囱和汽车尾气中发现了这种十分活跃的物质。随后的研究表明,自由基的生成过程复杂多样,比如,加热、燃烧、光照,一种物质与另一种物质的接触或任何一种化学反应都会产生自由基。简单地说,在日常生活中,烹饪、吸烟等活动都会产生自由基。化妆品等化工产品中,也含有一定量的自由基。

自由基的种类非常多,自由基的存在的空间也是无处不在。它们以不同的结构特征,在与其他元素结合时,发挥着不同的作用。

人体里也有自由基。受控的自由基对人体是有益的。它们既可以帮助传递维持生命活力的能量,也可以被用来杀灭细菌和寄生虫,还能参与排除毒素。但当人体中的自由基超过一定的量,便会失去控制,给我们的生命带来伤害。

生命体内的自由基是与生俱来的,既然生命能力历经35亿年沧桑而延续至今,就说明生命本身具有平衡自由基,或者说,清除多余自由基的能力。然而,随着人类文明的飞速发展,在科学技术给人类创造了巨大生产力的同时也带来了大量的副产品,其中就有与日俱增的自由基。化学制剂的大量使用、汽车尾气和工业生产废气的增加、还有核爆炸……这些活动都会导致自由基的产生。人类文明活动还在不断破坏着生态环境,制造着更多的自由基。骤然增加的自由基,早已超过了人以及生命所能正常保持平衡的标准,人类健康面临着前所未有的严峻挑战。

2007年日本医科大学太田成男教授等发现,氢分子可清除人体自由基,对衰老及多种因自由基引起的急慢性病具有很好治疗作用。近年来,来自世界多个发达国家、1700名科研人员共发表了500余篇氢分子生物医学相关论文,并开展了初步临床研究,研究显示,由于氢气本身极大的生物安全性,使得氢气有望成为临床治疗和健康保健的新手段。使用氢气治疗疾病的方法主要包括呼吸氢气、注射富氢溶液和饮用富氢水,其中,饮用富氢水则是目前最常用的有效方式。

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