自由基

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簡介

化學物質，稱為自由基，具有單佔據軌道。它們在保持中性的同時，反應性非常強。除了少數例外，這些“懸掛”的鍵使自由基對其他物質甚至自身具有很強的化學反應活性；如果它們的分子接觸，則會自發地二聚/聚合。大多數自由基僅在惰性介質或真空中的痕量濃度下才相對穩定。有多種方法可以產生自由基，包括使用極稀或稀薄試劑合成、在極低溫度下反應或較大分子解離。

什麼是自由基？

在化學中，具有不成對價電子或開放電子殼層的原子/離子/分子被稱為自由基（更具體地說是自由基），但也有時被稱為具有 1 個甚至多個“懸掛”共價鍵。

除了少數例外，這些“懸掛”的鍵使自由基對其他物質甚至自身具有很強的化學反應活性；如果它們相互作用，它們的分子通常會自發地二聚/聚合。大多數自由基僅在惰性介質或真空中的低濃度下才相對穩定。

羥基自由基 (𝐻𝑂 ∗)，它比水分子少 1 個氫，因此在 𝑂 上有 1 個鍵“懸掛”，是自由基的一個眾所周知的例子。另外兩個例子包括超氧化物陰離子 ( ∗𝑂2)，它是氧氣帶有一個額外的電子，以及卡賓分子，它有兩個懸掛鍵。

乙基自由基

示例

• 超氧化物陰離子自由基。

• 次氯酸鹽

• 過氧亞硝酸鹽自由基。

• 過氧化氫。

自由基的型別

穩定自由基

1900 年，摩西·岡伯格將三苯甲基鑑定為第一個基本上穩定的自由基。鑑於它具有三個而不是四個取代基，該分子中的核心碳是三價的，並且用一個點來表示其未共享電子。只有特定的有機溶劑才能使三苯甲基自由基保持穩定；當存在空氣、水或強酸時，它們會被不可逆反應迅速破壞。

不穩定自由基

簡單的自由基，如甲基 (∗ 𝐶𝐻3)，也存在並且作為許多化學過程中臨時中間體至關重要。這些是反應性和瞬態性很強的甲基自由基。除了與鉛和其他金屬反應外，它們還快速自發消失，主要二聚成乙烷，$\mathrm{CH_{3}\:-\:CH_{3}}$。繼這一發現之後，在氣相中產生反應性自由基的方法已得到大幅擴充套件。

是什麼導致了自由基？

自由基有時會由身體似乎預期的代謝過程產生。由於這些代謝過程對於身體來說是基礎的和必要的，因此消除它們既不可能，也對生物體有害。

自由基也可以從外部來源進入體內，包括 X 射線、吸菸和其他物質。

生物體記憶體在自由基會導致其他元素的快速配對和長反應鏈的形成。這些自由基以極快的速度與每個分子發生反應，並且在生物體（尤其是人類）中，這些過程被稱為“氧化反應”。

自由基的特性

• 一般來說，自由基不帶電荷。

• 它們的結構中有一個奇數（不成對）電子。

• 它們非常不穩定

• 它們是瞬時的。

• 因為它們含有奇數電子，所以它們是極具反應性的物質。

• 它們經常透過與之配對的奇數電子建立共價鍵。

• 它們通常在過氧化物、紫外線或可見光或兩者兼而有之的情況下產生。

食物中的自由基是什麼？

在過去的 10 年中，自由基在生物氧化中的作用越來越受到關注。食品科學家和生理學家對這一主題的興趣日益濃厚。食品儲存需要以天然存在和新增的抗氧化劑的形式存在自由基清除劑。

由於人們認為自由基在多種疾病的發展中發揮作用，包括缺血性心臟病，因此建議增加抗氧化維生素的攝入，尤其是在飲食中多不飽和脂肪酸含量較高的情況下。越來越多的人食用吸收大量煎炸油的方便食品和小吃。

由於多不飽和脂肪酸在食品儲存和煎炸過程中極易受到自由基的氧化，因此脂質分解產物的損害程度可能有所上升。當多不飽和脂肪酸、維生素 A 和 β-胡蘿蔔素非酶促和酶促（脂氧合酶）氧化時，食物中可能會發生重要營養素的損失和異味的產生。

結論

可以得出結論，任何在原子軌道中具有不成對電子的分子物質，並且能夠獨立存在，都被稱為自由基。當存在不成對電子時，大多數自由基表現出一些相似的特徵。許多自由基反應性極強，並且本質上不穩定。它們可以透過從另一個分子給予或接受電子來充當氧化劑或還原劑。羥基自由基、過氧化氫、超氧化物自由基、單線態氧、一氧化氮自由基、次氯酸鹽和過氧亞硝酸鹽自由基是在許多疾病情況下最重要的含氧自由基。這些是反應性很強的物質，可以損害生物學上重要的成分，包括細胞膜和細胞核中的 DNA、碳水化合物、蛋白質和脂質。自由基攻擊重要的生物大分子，從而損傷細胞並破壞體內平衡。自由基可能會攻擊體內的所有型別的分子。其中，脂類和蛋白質是主要的靶標。

常見問題

1. 什麼會導致體內的自由基死亡？

為了阻止自由基造成損害，抗氧化劑與它們相互作用並使它們中和。抗氧化劑的另一個名稱是“自由基清除劑”。身體用來對抗自由基的一些抗氧化劑是由其自身產生的。這些化合物被稱為內源性抗氧化劑。

2. 自由基有益嗎？

自由基發揮著“至關重要的作用”，因為它們有助於心臟在壓力下泵送更多血液。另一方面，持續的壓力會導致心力衰竭，而升高的自由基含量可能導致這個問題。

3. 自由基反應性極強，為什麼？

自由基反應性極強，並且需要大量能量才能形成。“更具反應性”在指自由基反應性時，通常表示向氫原子更放熱的提取移動。因此，碳中心的自由基的穩定性不太可能影響反應。

4. 氧氣中存在自由基嗎？

在生物體中，氧氣分解成單個電子自由原子。這些原子（有時被稱為自由基）在體內搜尋額外的電子以形成對，因為電子喜歡成對存在。這會導致 DNA、蛋白質和細胞的損傷。

5. 什麼因素影響自由基的穩定性？

自由基的能量水平被稱為其穩定性。當自由基的內能高時，它是不穩定的。它將試圖降低其能量水平。如果自由基的內能水平低，則它是穩定的。