सुपरऑक्साइड

सुपरऑक्साइड

Lewis structure of superoxide. The six outer-shell electrons of each oxygen atom are shown in black; one electron pair is shared (middle); the unpaired electron is shown in the upper-left; and the additional electron conferring a negative charge is shown in red.
Names
IUPAC name Superoxide
Systematic IUPAC name Dioxidan-2-idylide
Other names Hyperoxide, Dioxide(1−)
Identifiers
CAS Number	11062-77-4 Y
3D model (JSmol)	Interactive image
ChEBI	CHEBI:18421
ChemSpider	4514331
Gmelin Reference	487
KEGG	C00704
PubChem CID	5359597
UNII	0S9K0E25FL Y
InChI InChI=1S/O2/c1-2/q-1 Key: MXDZWXWHPVATGF-UHFFFAOYSA-N
SMILES O=[O-]
Properties
Chemical formula	O2−
Molar mass	31.999 g·mol−1
Conjugate acid	Hydroperoxyl
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa). Infobox references

रसायन विज्ञान में, सुपरऑक्साइड ऐसा रासायनिक यौगिक है जिसमें सुपरऑक्साइड आयन उपस्थित होते हैं, जिसका रासायनिक सूत्र O−2 है। इस प्रकार ऋणायन का व्यवस्थित नाम डाइऑक्साइड (1-) होता है। इस प्रकार प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन के विभिन्न प्रकारों के अनुसार सुपरऑक्साइड विशेष रूप से डाइऑक्सीजन के एक इलेक्ट्रॉन के लिए रिडॉक्स के उत्पाद O₂ के रूप में उपयोग किए जाते हैं, जो व्यापक रूप से प्रकृति में उपस्थित होता है। इस प्रकार ऑक्सीजन डाइऑक्सीजन डायरैडिकल है, जिसमें दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, और सुपरऑक्साइड का परिणाम इलेक्ट्रॉन के योग से होता है जो दो डीजेनरेट ऊर्जा स्तर आणविक कक्ष को भरता है, आवेशित आयनिक प्रजाति को एकल अयुग्मित इलेक्ट्रॉन और शुद्ध ऋणात्मक आवेश - 1 के साथ अलग कर देता है, इस प्रकार डाईआक्सिन और सुपरऑक्साइड आयन दोनों मुक्त कण हैं जो अनुचुम्बकत्व प्रदर्शित करते हैं। इस कारण सुपरऑक्साइड को ऐतिहासिक रूप से हाइपरऑक्साइड के रूप में भी जाना जाता था।

लवण

सुपरऑक्साइड क्षार धातुओं और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के साथ लवण बनाता है। नमक सीज़ियम सुपरऑक्साइड (CsO₂), रुबिडियम सुपरऑक्साइड (RbO₂), पोटेशियम सुपरऑक्साइड (KO₂), और सोडियम सुपरऑक्साइड (NaO₂) की प्रतिक्रिया के लिए O₂ के संबंधित क्षार धातु के साथ उत्पन्न होते हैं । इसके क्षार लवण O−2 नारंगी-पीले रंग के होते हैं और अत्यधिक स्थिर होते हैं, यदि उन्हें सूखा रखा जाता हैं। चूंकि O−2 जैसे लवणों को पानी में घोलने पर वे घुल जाते हैं इस प्रकार बहुत तेजी से पीएच की निर्भरता के कारण इस विधि से अनुपातहीनता विघटित हो जाती है:

${\ce {2 O2- + H2O -> 3/2 O2 + 2 OH-}}$

यह प्रतिक्रिया निकास हवा में नमी और कार्बन डाइऑक्साइड के साथ रासायनिक ऑक्सीजन जनरेटर में ऑक्सीजन स्रोत के रूप में पोटेशियम सुपरऑक्साइड के उपयोग का आधार है, जैसे कि अंतरिक्ष शटल और पनडुब्बियों पर उपयोग किया जाता है। इस प्रकार ऑक्सीजन का सरलता से उपलब्ध होने वाले स्रोत को यह मान प्रदान करने के लिए अग्निशामकों के ऑक्सीजन टैंकों में सुपरऑक्साइड का भी उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में O−2 एसिड-बेस रिएक्शन सिद्धांत के रूप में कार्य करता है। ब्रोंस्टेड बेस, प्रारंभ में हाइड्रोपरॉक्सिल रेडिकल (HO₂) बनाता है।

सुपरऑक्साइड आयन O−2, और इसका प्रोटोनेटेड रूप, हाइड्रोपरोक्सिल, जलीय विलयन में रासायनिक संतुलन में हैं:

${\ce {O2- + H2O <=> HO2 + OH-}}$

यह देखते हुए कि हाइड्रोपरॉक्सिल रेडिकल में pKa|pK_aलगभग 4.8 होता है, सुपरऑक्साइड मुख्य रूप से तटस्थ पीएच में आयनिक रूप में सम्मिलित होता है।

पोटेशियम सुपरऑक्साइड डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड (ईथर द्वारा सुगम) में घुलनशील है और इस प्रकार जब तक प्रोटॉन उपलब्ध नहीं होते तब तक स्थिर रहता है। चक्रीय वोल्टामीटर द्वारा एप्रोटिक सॉल्वैंट्स में सुपरऑक्साइड भी उत्पन्न किया जा सकता है।

इस प्रकार सुपरऑक्साइड लवण भी ठोस अवस्था में विघटित हो जाते हैं, किन्तु इस प्रक्रिया के लिए ताप की आवश्यकता होती है:

${\ce {2 NaO2 -> Na2O2 + O2}}$

जीव विज्ञान

सुपरऑक्साइड और हाइड्रोपरॉक्सिल (HO₂) अधिकांशतः परस्पर विनिमय पर चर्चा की जाती है, चूंकि शारीरिक पीएच में सुपरऑक्साइड प्रमुख है। सुपरऑक्साइड और हाइड्रोपरॉक्सिल दोनों को प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों के रूप में वर्गीकृत किया गया है। यs सूक्ष्मजीवों को मारने के लिए प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा उत्पन्न होता है। फ़ैगोसाइट में, इसके द्वारा रोगजनकों के ऑक्सीजन-निर्भर तंत्र में उपयोग के लिए एंजाइम एनएडीपीएच ऑक्सीडेज द्वारा बड़ी मात्रा में सुपरऑक्साइड का उत्पादन किया जाता है। इस कारण एनएडीपीएच ऑक्सीडेज के लिए जीन कोडिंग में उत्परिवर्तन इम्यूनोडेफिशिएंसी सिंड्रोम का कारण बनता है जिसे क्रोनिक ग्रैनुलोमैटस रोग कहा जाता है, जो संक्रमण के लिए अत्यधिक संवेदनशीलता की विशेषता है, विशेष रूप से केटालेज़ बैक्टीरियल आइडेंटिफिकेशन कैटालेज टेस्ट के द्वारा किसी जीव के परिवर्तित होने में सुपरऑक्साइड-स्केवेंजिंग एंजाइम सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़ (एसओडी) की कमी के लिए आनुवंशिक रूप से इंजीनियर किए गए सूक्ष्म जीव विषाणु खो देते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया सेलुलर श्वसन (सबसे विशेष रूप से कॉम्प्लेक्स आई और कॉम्प्लेक्स III द्वारा) के साथ-साथ कई अन्य एंजाइमों के उपोत्पाद के रूप में सुपरऑक्साइड भी हानिकारक होता है, उदाहरण के लिए जैनथिन आक्सीडेस इसका मुख्य उदाहरण हैं, जो दृढ़ता से कम करने वाली परिस्थितियों में सीधे आणविक ऑक्सीजन में इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण को उत्प्रेरित कर सकता है।

क्योंकि सुपरऑक्साइड उच्च सांद्रता पर विषैला होता है, ऑक्सीजन की उपस्थिति में रहने वाले लगभग सभी जीव एसओडी व्यक्त करते हैं। एसओडी कुशलता से सुपरऑक्साइड के अनुपात को उत्प्रेरित करता है:

${\ce {2 HO2 -> O2 + H2O2}}$

अन्य प्रोटीन जो सुपरऑक्साइड द्वारा ऑक्सीकृत और कम दोनों हो सकते हैं (जैसे हीमोग्लोबिन आयरन.ऑक्सीहीमोग्लोबिन में 27s ऑक्सीकरण स्थिति) में कमजोर एसओडी जैसी गतिविधि होती है। एसओडी की आनुवंशिक निष्क्रियता (जीन नॉकआउट) बैक्टीरिया से लेकर चूहों तक के जीवों में हानिकारक फेनोटाइप बनाती है और विवो में सुपरऑक्साइड की विषाक्तता के तंत्र के रूप में महत्वपूर्ण सुराग प्रदान करती है।

माइटोकॉन्ड्रियल और साइटोसोलिक एसओडी दोनों की कमी वाले खमीर हवा में बहुत खराब तरीके से बढ़ते हैं, किन्तु अवयवीय परिस्थितियों में अधिकांशतः साइटोसोलिक एसओडी की अनुपस्थिति उत्परिवर्तन और जीनोमिक अस्थिरता में नाटकीय वृद्धि का कारण बनती है। इस प्रकार माइटोकॉन्ड्रियल एसओडी (एमएनएसओडी) की कमी वाले चूहे जन्म के लगभग 21 दिनों के बाद न्यूरोडीजेनेरेशन, कार्डियोमायोपैथी और लैक्टिक एसिडोसिस के कारण मर जाते हैं। साइटोसोलिक एसओडी (CuZnएसओडी) की कमी वाले चूहे व्यवहार्य होते हैं, किन्तु कई विकृतियों से पीड़ित होते हैं, जिनमें कम जीवनकाल, हेपैटोसेलुलर कार्सिनोमा, मांसपेशी शोष, मोतियाबिंद, थाइमिक इनवोल्यूशन, हेमोलिटिक एनीमिया और महिला की प्रजनन क्षमता में बहुत तेजी से आयु-निर्भर गिरावट सम्मिलित है।

सुपरऑक्साइड कई बीमारियों के रोगजनन में योगदान दे सकता है, इसका प्रमाण विकिरण विषाक्तता और हाइपरॉक्सिया चोट के लिए विशेष रूप से मजबूत है), और संभवतः ऑक्सीडेटिव क्षति के माध्यम से उम्र बढ़ने के लिए भी जो कि यह कोशिकाओं पर आक्रमण करता है। जबकि कुछ स्थितियों के रोगजनन में सुपरऑक्साइड की क्रिया मजबूत होती है (उदाहरण के लिए, CuZnएसओडी या एमएनएसओडी को ओवरएक्सप्रेस करने वाले चूहे और चूहे स्ट्रोक और दिल के दौरे के लिए अधिक प्रतिरोधी होते हैं), उम्र बढ़ने में सुपरऑक्साइड की भूमिका को अभी के लिए अप्रमाणित माना जाना चाहिए। इस प्रकार प्रारूप को जीवो में खमीर, फल मक्खी ड्रोसोफिला, और चूहों के आनुवंशिक रूप से जीन नॉकआउट CuZn एसओडी जीवनकाल को छोटा करता है और उम्र बढ़ने की कुछ विशेषताओं को तेज करता है: मोतियाबिंद, मांसपेशी शोष, धब्बेदार अध: पतन, और थाइमिक आक्रमण इसका प्रमुख उदाहरण हैं। किन्तु इसके विपरीत, CuZnएसओडी के स्तर में वृद्धि, जीवनकाल में लगातार वृद्धि नहीं करती है, संभवतः ड्रोसोफिला को छोड़कर। सबसे व्यापक रूप से स्वीकृत दृष्टिकोण यह है कि ऑक्सीडेटिव क्षति (सुपरऑक्साइड सहित कई कारणों से) जीवनकाल को सीमित करने वाले कई कारकों में से है।

का बंधन O₂ घटाकर (Fe²⁺) प्रोटीन में Fe(III) सुपरऑक्साइड कॉम्प्लेक्स का निर्माण होता है।

जैविक प्रणालियों में परख

जैविक प्रणालियों में उत्पन्न सुपरऑक्साइड की परख इसकी उच्च प्रतिक्रियाशीलता और लघु अर्ध-जीवन के कारण कठिन कार्य है। इसकी मात्रात्मक जाँच में उपयोग किया गया दृष्टिकोण सुपरऑक्साइड को हाइड्रोजन पेरोक्साइड में परिवर्तित करता है, जो अपेक्षाकृत स्थिर है। इसके पश्चात हाइड्रोजन परॉक्साइड की फ्लोरीमेट्रिक विधि द्वारा जांच की जाती है। इस प्रकार इस मुक्त कण के रूप में, सुपरऑक्साइड में मजबूत इलेक्ट्रॉन अनुचुंबकीय अनुनाद संकेत होता है, और इस विधि का उपयोग करके सीधे सुपरऑक्साइड का पता लगाना संभव है जब यह पर्याप्त प्रचुर मात्रा में होता हैं। इस कारण व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, यह केवल इन विट्रो में गैर-शारीरिक स्थितियों के अनुसार प्राप्त किया जा सकता है, जैसे कि उच्च पीएच (जो सहज विघटन को धीमा कर देता है) एंजाइम जैनथिन आक्सीडेस के साथ शोधकर्ताओं ने उपकरण यौगिकों की श्रृंखला विकसित की है जिसे स्पिन नेट कहा जाता है, जो सुपरऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, मेटा-स्थिर रेडिकल (अर्ध-जीवन 1-15 मिनट) बनाता है, जिसे ईपीआर द्वारा अधिक सरलता से पता लगाया जा सकता है। सुपरऑक्साइड स्पिन-ट्रैपिंग प्रारंभ में डीएमपीओ के साथ किया गया था, किन्तु डेबहीएमपीओ और डिप्पएमपीओ जैसे अर्ध जीवन वाले फॉस्फोरस डेरिवेटिव का अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

बॉन्डिंग और स्ट्रक्चर

सुपरऑक्साइड ऐसे यौगिक होते हैं जिनमें ऑक्सीजन की ऑक्सीकरण संख्या - 1⁄2 होती है, जबकि आणविक ऑक्सीजन (डाइऑक्सीजन) दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों वाला डायरैडिकल है, दूसरे इलेक्ट्रॉन के अतिरिक्त इसके दो डीजेनरेट ऊर्जा स्तर आणविक कक्ष में से को भरता है, आवेशित आयनिक प्रजाति को एकल अयुग्मित इलेक्ट्रॉन और -1 के शुद्ध ऋणात्मक आवेश के साथ छोड़ता है। डाइआक्सिन और सुपरऑक्साइड आयन दोनों मुक्त कण हैं जो अनुचुम्बकत्व प्रदर्शित करते हैं।

डाइआक्सिन के डेरिवेटिव में विशेषता O-O दूरियां होती हैं जो O-O बॉन्ड के अनुबंध आदेश से संबंधित होती हैं।

डाइऑक्सीजन यौगिक	नाम	ओ-ओ दूरी (ए)	ओ-ओ बॉन्ड ऑर्डर
O+ 2	dioxygenyl cation	1.12	2.5
O2	dioxygen	1.21	2
O− 2	superoxide	1.28	1.5
O2− 2	peroxide	1.49	1

यह भी देखें

• ऑक्सीजन, O₂
• ओजोन, O⁻
  ₃
• पेरोक्साइड, O²⁻
  ₂
• ऑक्साइड, O²⁻
• डाइआक्सिनिल, O⁺
  ₂
• एंटीमाइसिन ए - मत्स्य प्रबंधन में उपयोग किया जाता है, यह यौगिक बड़ी मात्रा में इस मुक्त मूलक का उत्पादन करता है।
• पैराक्वाट - शाकनाशी के रूप में उपयोग किया जाता है, यह यौगिक बड़ी मात्रा में इस मुक्त मूलक का उत्पादन करता है।
• ज़ैंथिन ऑक्सीडेज - एंजाइम ज़ैंथिन डिहाइड्रोजनेज का यह रूप बड़ी मात्रा में सुपरऑक्साइड उत्पन्न करता है।