Fentonin reagenssi

Fentonin reagenssi on vetyperoksidia (HOOH) ja pienemmän määrän ferroraudan (Fe2+) suoloja sisältävä happamoitu vesiliuos, jossa Fe2+ toimii katalyyttinä muodostaen vetyperoksidista hyvin reaktiivisia hydroksyyli- ja muita happiradikaaleja. Rautaionien katalysoimia radikaalien muodostusreaktiota kutsutaan Fentonin reaktioiksi.

Reagenssia käytetään mm. puhdistamaan teollisuuden jätevesiä hajottamalla näissä olevia PAH-yhdisteitä, fenoleita, pentakloorifenolia, väriaineita, tuholaismyrkkyjä ja muita orgaanisia yhdisteitä. Reagenssi voidaan yhdistää auringonvaloon tai UV-säteilyyn ns. foto-Fenton-prosessiksi. Muita radikaaleihin pohjautuvia vedenpuhdistusmenetelmiä ovat mm. otsonointi, UV-vetyperoksidikäsittely ja voimakas sähkövirta (elektrolyysi). Suomessa näitä radikaalimenetelmiä ei kuitenkaan käytetty tai ollut suunnitteilla käyttää suurissa jätevedenpuhdistamoilla ainakaan vuonna 2016.

Reagenssin keksi Henry John Horstman Fenton 1876. Hän havaitsi vetyperoksidin ja ferrorautasuolojen muodostavan viinihapon kanssa violetin liuoksen osoittaen siten viinihapon läsnäolon liuoksessa. Nykyään värin tiedetään muodostuvan viinihapon hapettumistuotteiden muodostamasta kompleksista raudan kanssa.

Fentonin reaktioihin liittyy läheisesti Haber-Weiss reaktio, jossa muodostuu myös raudan katalysoimana hydroksyyliradikaaleja.

Reaktio 
Reaktioseoksessa monenlaiset reaktiot ovat mahdollisia niiden radikaalimekanismien vuoksi. Klassinen yksinkertaistettu esitystapa reaktiolle on

Fe2+ + H2O2 → FeOH2+ + •OH

•OH on reaktiossa muodostunut hydroksyyliradikaali. •OH voi reagoida muiden reaktiossa muodostuneiden radikaalien ohella erilaisten orgaanisten yhdisteiden kanssa niitä hajottaen.

Seoksessa voi tapahtua esimerkiksi myös seuraavanlaisia reaktioita:

Fe2+ + •HO2 → Fe3+ + HO2-
Fe2+ + •O2 → Fe3+ + O22-
Fe3+ + •O2 → Fe2+ + O2

Reagenssin valmistus ja reaktionopeus 
Reagenssin valmistuksessa käytetään usein rauta(II)sulfaattia (FeSO4). Liuos tehdään happamaksi esimerkiksi rikkihapolla tai etikkahapolla. Liuoksen pH-arvoa voidaan säätää puskuriliuosten avulla reaktionopeuksien tasaamiseksi. Happamat olosuhteet ja suuri määrä Fe2+-ioneita suhteessa vetyperoksidiin nopeuttavat radikaalien muodostusreaktioita. Ilman katalyyttiä vetyperoksidin hajoamisreaktiot ovat verrattain hitaita huolimatta sen epävakaasta O–O sidoksesta.

Biologinen merkitys 
Fentonin reaktioita voi tapahtua myös eliöiden kudoksissa. Koska reaktioissa muodostuu happiradikaaleja, on niiden esitetty liittyvän joihinkin sairauksiin kuten syöpiin radikaalien aiheuttamien DNA-vaurioiden kautta. Ihmiskehossa on kuitenkin katalaasi- ja superoksididismutaasientsyymeitä, jotka suojelevat kehoa poistaen rajallisella teholla vastaavasti happiradikaaleihin kuuluvia vetyperoksidia ja superoksidia.

Raudan yliannostuksessa muodostuu Fentonin reaktioiden kautta radikaaleja, jotka aiheuttavat pääasiassa yliannostuksessa havaittavia elinvaurioita. Myös tietyillä hapetusasteilla oleva kupari aiheuttaa Fentonin reaktioiden kaltaisia reaktioita. Kuparin yliannostuksessa ja Wilsonin taudissa (kuparin kertymäsairaus) havaittavat elinvauriot voivat selittyä osin näiden reaktioiden kautta.

Ruskolahottajat käyttävät Fenton-reaktioita selluloosan hajotukseen ja ligniinin muokkaukseen. Fenton-reaktiot haurastuttavat puukuitujen paksut soluseinät hydroksyyliradikaalien avulla.

Lähteet 

Kemialliset reaktiot
Rautayhdisteet