İndirgeyici klorsuzlaştırma - Reductive dechlorination

İndirgeyici klorsuzlaştırma dır-dir bozulma nın-nin klorlanmış organik bileşikler kimyasal indirgeme inorganik salınım ile klorür iyonlar indirgeyici dehalojenazlar.

Biyolojik

Biyolojik bağlamda klor diğerine benzer şekilde davranır atomlar içinde halojen kimyasal seriler ve dolayısıyla indirgeyici klorsuzlaştırma olarak bilinen biraz daha geniş bir biyolojik reaksiyon sınıfına girdiği düşünülebilir. indirgeyici dehalojenasyon bir organik molekülden bir halojen ikame edicisinin çıkarılmasının moleküle aynı anda elektron eklenmesiyle meydana geldiği reaksiyonlar. Bu ayrıca iki tür reaksiyon işlemine ayrılabilir; bunlardan ilki, hidrojenoliz, halojen atomunun bir hidrojen atom. İkinci, visinal indirgeme (bazen dihaloelimination olarak adlandırılır), aynı yere bitişik olan iki halojen atomunun çıkarılmasını içerir. alkan veya alken molekül, ek bir karbon-karbon bağı oluşumuna yol açar.[1]

Biyolojik indirgeyici klorsuzlaştırma genellikle belirli türler tarafından katalize edilir. bakteri. Bazen bakteri türleri, organoklor solunumu ve hatta belirli bir elektron vericisi için oldukça uzmanlaşmıştır. Dehalococcoides ve Dehalobacter. Diğer örneklerde, örneğin Anaeromyxobacter Muhtemel elektron alıcılarının bir alt kümesi organoklorin olmak üzere çeşitli elektron vericileri ve alıcılarını kullanabilen bakteriler izole edilmiştir.[2] Bu reaksiyonlar, olma eğiliminde olan bir moleküle bağlıdır. çok agresif bir şekilde aranıyor bazı mikroplar tarafından b12 vitamini.[3]

İndirgeyici klorsuzlaştırma kullanarak biyoremediasyon

Birçok durumda, klorlu organik moleküllerin mikrobiyolojik indirgeyici klorsuzlaştırılması, biyoremediasyon kirli yeraltı suyu.[4][5] Halk sağlığı için özellikle önemli bir örnek[6] kuru temizleme çözücüsünün organoklorür solunumu, tetrakloroetilen (PCE) ve motor yağ giderme solventi trikloretilen (TCE) doğal olarak meydana gelen anaerobik bakteri, genellikle aday cinsin üyeleri Dehalococcoides. Bunların bioremediasyonu kloroetenler kontamine alandaki diğer mikroorganizmalar H sağladığında ortaya çıkabilir2 çeşitli doğal bir yan ürün olarak mayalanma reaksiyonlar. Klorsuzlaştırıcı bakteriler bu H'yi kullanır2 elektron vericisi olarak, nihayetinde yerine klor Hidrojenlitik indirgeyici klorsuzlaştırma yoluyla kloroetenlerde hidrojen atomlu atomlar. Toprak ve yeraltı suyu yeterli organik elektron vericisi ve uygun suşları içeriyorsa Dehalococcoides, bu işlem tüm klor atomları uzaklaştırılana kadar devam edebilir ve TCE, aracılığıyla tamamen klorsuzlaştırılır. dikloroeten (DCE) ve vinil klorür (VC) ile eten, zararsız bir son ürün.[7]

Son zamanlarda bir kloroform indirgeyici indirgeyici dehalojenaz enzimi, bir Dehalobacter üye. TmrA olarak adlandırılan kloroform indirgeyici dehalojenazın, kloroform solunumuna yanıt olarak transkripsiyonel olarak yukarı regüle edildiği bulunmuştur.[8] ve enzim hem doğal olarak elde edilebilir[9] ve rekombinant formlar.[10]

Ek olarak, indirgeyici klorsuzlaştırma, başka türlerin biyoremediasyonunda da kullanılabilir. toksinler gibi PCB'ler ve CFC'ler. PCB'lerin indirgeyici klorsuzlaştırılması, PCB'yi bir elektron yatağı olarak kullanan anaerobik mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilir. Bunun sonucu, "meta" sitenin, ardından "para" sitesinin ve son olarak "orto" sitesinin indirgenmesidir ve klorsuz bir ürüne yol açar.[11][12][13] Deneysel koşullar altında, Hudson Nehri'nde indirgeyici klorsuzlaştırma işlemine maruz kalan mikroorganizmaların, 16 hafta sonra toplam klor düzeylerinin% 53'ünü ortadan kaldırdığı görülmüştür. Buna, daha az toksik olan ve daha kolay parçalanabilen monoklorobifenil ve diklorobifenil oranında 9 kat artış eşlik eder. aerobik organizmalar onlarınkine kıyasla klorlanmış meslektaşları.[13] PCB detoksifikasyonu için indirgeyici klorsuzlaştırmanın yaygın kullanımını engelleyen ve fizibilitesini azaltan en önemli dezavantaj, istenenden daha yavaş klorsuzlaştırma oranlarının sorunudur.[12] Ancak, son zamanlarda, biyoagmentasyon DF-1 ile klorsuzlaştırmanın uyarılması yoluyla PCB'lerin indirgeyici klorsuzlaştırma oranlarının artmasına neden olabilir. Ek olarak, yüksek inorganik karbon seviyeleri, düşük PCB konsantrasyonlu ortamlarda klorsuzlaştırma oranlarını etkilemez.[11]

İndirgeyici klorsuzlaştırma kullanılarak biyolojik olarak arıtılabilecek bir başka güçlü toksin CFC'lerdir.[14] CFC-11, CFC-113, klorotrifloroeten, CFC-12, HCFC-141b ve tetrakloroeten dahil olmak üzere CFC'lerin indirgeyici klorsuzlaştırılması hidrojenoliz. CFC ayna teorik oranlarının azalma oranları, Marcus teorisi elektron transfer hızı.[15]

Elektrokimyasal

elektrokimyasal indirgeme klorlu kimyasalların Klorlanmış hidrokarbonlar ve kloroflorokarbonlar (CFC'ler ) tarafından gerçekleştirilebilir elektroliz su ve alkol karışımları gibi uygun çözücüler içinde. Bir elektrolitik hücrenin temel bileşenlerinden bazıları, elektrot türleri, elektrolit ortamları ve aracıların kullanımıdır. katot elektronları moleküle aktarır, bu moleküle karşılık gelen hidrokarbonu (hidrojen atomları orijinal klor atomlarının yerini alır) ve serbest klorür iyonlarını üretmek için ayrışır. Örneğin, CFC'lerin indirgeyici klorsuzlaştırma işlemi tamamlanmıştır ve birkaç HFC'ler artı klorür.

Hidrodklorinasyon (HDC), yüksek reaksiyon hızı nedeniyle yararlı olan bir tür indirgeyici klorsuzlaştırma türüdür. H kullanır2 bir dizi potansiyel elektrot reaktöründe indirgeyici ajan olarak ve katalizörler.[16] Türleri arasında katalizörler gibi çalıştı değerli metaller (Pt, Pd, Rh), geçiş metalleri (Ni ve Mo) ve metal oksitler için bir tercih değerli metaller Örneğin, paladyum (Pd) genellikle hidrojen gazını kolayca gömebilen bir kafes oluşumunu benimser, bu da onu kolayca oksitlenmesini daha erişilebilir hale getirir.[17] Ancak HDC için yaygın bir sorun, katalizör devre dışı bırakma ve rejenerasyon. Katalizörler tükendiğinde, bazen yüzeylerde klor zehirlenmesi gözlemlenebilir ve nadir durumlarda metal sinterleme ve süzme sonuç olarak ortaya çıkar.[18]

Elektrokimyasal indirgeme, ortam basıncı ve sıcaklığında gerçekleştirilebilir.[19] Bu, mikrobiyal ortamları bozmaz veya iyileştirme için ekstra maliyet yaratmaz. Klorsuzlaştırma işlemi, toksik klorlu ara ürünleri ve aşağıdakiler gibi yan ürünleri önlemek için oldukça kontrol edilebilir. dioksinler itibaren yakma. Trikloretilen (TCE) ve perkloroetilen (PCE), doğrudan çevreye zarar vermeyen ürünlere dönüştürülen yaygın tedavi hedefleridir. Klorlu alkenler ve alkanlar, daha sonra bir baz ile nötralize edilen hidrojen klorüre (HCl) dönüştürülür.[18] Bununla birlikte, bu yöntemi benimsemenin birçok potansiyel faydası olsa da, araştırmalar esas olarak bir laboratuar ortamında yürütülmüştür ve birkaç saha çalışması vakası henüz tam olarak kurulmamıştır.

Radyasyon

Gama ışınlamasıyla PCB'ler dönüştürülebilecekleri bifenil ve inorganik klorür Bu, hidrojen eklendiğinde resmi olarak organik bileşiğin indirgenmesidir. Bakın Poliklorlu bifenil Bu imha yöntemiyle ilgili daha fazla ayrıntı için sayfa. Bu indirgeyici imha yöntemi, örneğin birçok organoklor bileşiği için işe yarar. karbon tetraklorür ışınlandığında oluşma eğilimi gösterir kloroform ve klorür anyonları.

Referanslar

  1. ^ Mohn, WW; Tiedje, JM (1992). "Mikrobiyal indirgeyici dehalojenasyon". Microbiol Rev. 56 (3): 482–507. doi:10.1128 / mmbr.56.3.482-507.1992. PMC  372880. PMID  1406492.
  2. ^ Smidt, H; de Vos, WM (2004). "Anaerobik mikrobiyal dehalojenasyon". Annu Rev Microbiol. 58: 43–73. doi:10.1146 / annurev.micro.58.030603.123600. PMID  15487929.
  3. ^ "PCB'lerin ve Dioksinlerin Bozulmasının Sırrı Bakterilerin Nasıl Nefes Aldığındadır". 2014-10-19.
  4. ^ Sürahi, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Lee, Matthew; Manefield, Michael; Marquis, Christopher P. (2015-10-01). "İndirgeyici Dehalojenazlar, Organohalidlerin Biyolojik Yıkımında Yaşlanıyor". Biyoteknolojideki Eğilimler. 33 (10): 595–610. doi:10.1016 / j.tibtech.2015.07.004. ISSN  0167-7799. PMID  26409778.
  5. ^ Sürahi, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Bohl, Susanne; Lee, Matthew; Marquis, Christopher P .; Manefield, Michael (2016). "Organohalide Solunan Bakteriler ve İndirgeyici Dehalojenazlar: Organohalid Biyoremediasyonda Anahtar Araçlar". Mikrobiyolojide Sınırlar. 7: 249. doi:10.3389 / fmicb.2016.00249. ISSN  1664-302X. PMC  4771760. PMID  26973626.
  6. ^ Kielhorn, J; Melber, C; Wahnschaffe, U; Aitio, A; Mangelsdorf, I; et al. (2000). "hala endişe nedeni". Çevre Sağlığı Perspektifi. 108 (7): 579–88. doi:10.1289 / ehp.00108579. PMC  1638183. PMID  10905993.
  7. ^ McCarty, PL (1997). "Klorlu çözücülerle soluma". Bilim. 276 (5318): 1521–2. doi:10.1126 / science.276.5318.1521. PMID  9190688.
  8. ^ Sürahi, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Wong, Yie Kuan; Braidy, Nady; Manefield, Michael; Marquis, Christopher P .; Lee, Matthew (2016-08-10). "Kloroforma yanıt olarak DeHalobacterUNSWDHB'nin genomik, transkriptomik ve proteomik analizleri". Çevresel Mikrobiyoloji Raporları. 8 (5): 814–824. doi:10.1111/1758-2229.12444. ISSN  1758-2229. PMID  27452500.
  9. ^ Sürahi, Bat-Erdene; Bohl, Susanne; Lebhar, Helene; Healey, Robert D .; Manefield, Mike; Marquis, Christopher P .; Lee, Matthew (2017-06-20). "Bir bakteriyel kloroform indirgeyici dehalojenaz: saflaştırma ve biyokimyasal karakterizasyon". Mikrobiyal Biyoteknoloji. 10 (6): 1640–1648. doi:10.1111/1751-7915.12745. ISSN  1751-7915. PMC  5658581. PMID  28631300.
  10. ^ Sürahi, Bat-Erdene; Payne, Karl A. P .; Fisher, Karl; Bohl, Susanne; Lebhar, Helene; Manefield, Mike; Lee, Matthew; Leys, David; Marquis, Christopher P. (2018/01/24). "Fonksiyonel Kloroform İndirgeyici Dehalojenazın Heterolog Üretimi ve Saflaştırılması". ACS Kimyasal Biyoloji. 13 (3): 548–552. doi:10.1021 / acschembio.7b00846. ISSN  1554-8929. PMID  29363941.
  11. ^ a b Payne, Rayford B .; May, Harold D .; Ekiciler, Kevin R. (2011-10-15). "Poliklorlu Bifenil Etkilenmiş Tortunun Bir Nem Giderici Bakteri ile Biyoagmentasyon ile Geliştirilmiş İndirgeyici Klorinasyonu". Çevre Bilimi ve Teknolojisi. 45 (20): 8772–8779. Bibcode:2011EnST ... 45.8772P. doi:10.1021 / es201553c. ISSN  0013-936X. PMC  3210572. PMID  21902247.
  12. ^ a b Tiedje, James M .; Quensen, John F .; Chee-Sanford, Joann; Schimel, Joshua P .; Boyd, Stephen A. (1994). "PCB'lerin mikrobiyal indirgeyici klorsuzlaştırma". Biyolojik bozunma. 4 (4): 231–240. doi:10.1007 / BF00695971.
  13. ^ a b QUENSEN, J. F .; TIEDJE, J. M .; BOYD, S. A. (4 Kasım 1988). "Poliklorlu Bifenillerin Sedimentlerden Anaerobik Mikroorganizmalar Tarafından İndirgeyici Klorsuzlaştırılması". Bilim. 242 (4879): 752–754. Bibcode:1988Sci ... 242..752Q. doi:10.1126 / science.242.4879.752. PMID  17751997.
  14. ^ Lovley, Derek R .; Woodward, Joan C. (1992-05-01). "Anaerobik çökeltiler ve topraklar tarafından Freonların CFC-11 ve CFC-12 tüketimi". Çevre Bilimi ve Teknolojisi. 26 (5): 925–929. Bibcode:1992EnST ... 26..925L. doi:10.1021 / es00029a009. ISSN  0013-936X.
  15. ^ Balsiger, Christian; Holliger, Christof; Höhener Patrick (2005). "Kanalizasyon çamurunda ve akifer tortu mikro kozmozlarında kloroflorokarbonların ve hidrokloroflorokarbonların indirgeyici klorsuzlaştırılması". Kemosfer. 61 (3): 361–373. Bibcode:2005Chmsp..61..361B. doi:10.1016 / j.chemosphere.2005.02.087. PMID  16182853.
  16. ^ Hoke, Jeffrey B .; Gramiccioni, Gary A .; Balko, Edward N. (1992). "Klorofenollerin katalitik hidro klorlanması". Uygulamalı Kataliz B: Çevresel. 1 (4): 285–296. doi:10.1016/0926-3373(92)80054-4.
  17. ^ Cheng, I. Francis; Fernando, Quintus; Korte, Nic (1997-04-01). "4-Klorofenolün Fenole Elektrokimyasal Klorsuzlaştırılması". Çevre Bilimi ve Teknolojisi. 31 (4): 1074–1078. Bibcode:1997EnST ... 31.1074C. doi:10.1021 / es960602b. ISSN  0013-936X.
  18. ^ a b Ju, Xiumin (2005). "Heterojen Katalitik ve Elektrokimyasal Yöntemler Kullanılarak Gaz Halindeki Trikloretilenin İndirgeyici Dehalojenasyonu". Arizona Üniversitesi Kampüs Deposu.
  19. ^ Atık ve kirleticiler için kimyasal bozunma yöntemleri: çevresel ve endüstriyel uygulamalar. Tarr, Matthew A. New York: M. Dekker. 2003. ISBN  978-0203912553. OCLC  54061528.CS1 Maint: diğerleri (bağlantı)