[科普中国]-氧化反应

简介

氧化反应是指物质与氧发生的化学反应，氧气在此过程中提供氧。

物质失电子的作用叫氧化；相反的，得电子的作用叫还原。狭义的氧化反应指物质与氧化合；还原反应指物质失去氧的作用。氧化时氧化值升高；还原时氧化值降低。氧化、还原都指反应物（分子、离子或原子）。氧化也称氧化反应。有机物反应时把有机物引入氧或脱去氢的作用叫氧化；引入氢或失去氧的作用叫还原。物质与氧缓慢反应缓缓发热而不发光的氧化叫缓慢氧化，如金属锈蚀、生物呼吸等。剧烈的发光发热的氧化叫燃烧。

特征1.物质与氧气发生的化学反应是氧化反应的一种；氧气可以和许多物质发生化学反应。得电子的作用叫还原。狭义的氧化指物质与氧化合；还原指物质失去氧的作用。氧化时氧化值升高；还原时氧化值降低。氧化、还原都指反应物（分子、离子或原子）。氧化也称氧化作用或氧化反应。有机物反应时把有机物引入氧或脱去氢的作用叫氧化；引入氢或失去氧的作用叫还原。物质与氧缓慢反应缓缓发热而不发光的氧化叫缓慢氧化，如金属锈蚀、生物呼吸等。

2.一般物质与氧气发生氧化时放热，个别可能吸热如氮气与氧气的反应。电化学中阳极发生氧化，阴极发生还原。

3.根据氧化剂和氧化工艺的不同，氧化反应主要分为空气（氧气）氧化和化学试剂氧化。化学试剂氧化具有选择性好、过程简单、方便灵活等优点，在医药化工领域，由于产品吨位小，因此多用化学试剂氧化法。

4.化学试剂氧化所用的氧化剂有无机氧化剂和有机氧化剂，无机氧化剂包括：高价金属氧化物、高价金属盐、硝酸、硫酸、氯酸钠、臭氧、过氧化氢等；有机氧化剂一般是缓和的氧化剂，包括硝基物、亚硝基物、过氧酸以及与无机氧化物形成的复合氧化剂。

5.物质所含元素化合价升高的反应，如氢气中的氢元素，化合价为0，发生氧化反应时变成+1价的氢离子。

6.失去电子（化合价升高）的反应。

分类肝细胞微粒体、线粒体和胞液中含有参与生物转化作用的不同氧化酶系，如加单氧酶系、胺氧化酶系和脱氢酶系。注意：微粒体并不是活细胞中的亚细胞结构（细胞器），而是组织细胞在实验室破碎分离得到的一种囊状膜结构，它是由细胞内质网的碎片形成的，因此，微粒体相当于细胞内的内质网部分。

1、加单氧酶系: 此酶系存在于微粒体中，能催化烷烃、烯烃、芳烃和类固醇等多种物质进行氧化。该酶系催化反应的一个特点是能直接激活氧分子，使其中的一个氧原子加到作用物上，而另一个氧原子被NADPH还原成水分子。由于一个氧分子发挥了两种功能，故将加单氧酶系又叫做混合功能氧化酶。又因底物的氧化产物是羟化物，所以该酶又称为羟化酶。

加单氧酶系的羟化作用非常广泛，例如维生素D3在肝脏和肾脏经2次羟化后形成活性的1,25-(OH)2-D3，类固醇激素(肾上腺皮质激素、性激素)和胆汁酸的合成都需要羟化过程。应该指出的是，有些致癌活性物质经羟化后失活，但另一些无致癌活性的物质经羟化后会生成有致癌活性的物质，如多环芳烃经羟化后就具有了致癌活性，还需通过其他生物转化形式进行转化灭活。因此，生物转化是转化而不是解毒！

2、胺氧化酶系: 此酶系存在于肝细胞线粒体中，可催化活性物质胺类的氧化脱氢，生成相应醛类。胺类物质是由氨基酸脱羧基作用产生的，胺类物质具有生物活性。例如由谷氨酸脱羧产生的γ-氨基丁酸（GABA）是一种抑制性神经递质，在临床上可用于减轻早孕反应；组氨酸脱羧产生的组胺是一种强烈的血管舒张剂，并能增加毛细血管的通透性，创伤性休克和炎症时会引起组胺的释放；色氨酸脱羧后产生的5-羟色胺是一种抑制性神经递质，并对外周血管有刺激收缩的作用；鸟氨酸等脱羧作用后产生的多胺（精脒、精胺）是调节细胞生长物质，在旺盛分裂的癌细胞中多胺含量较高。胺类物质的另一个来源是肠道中的氨基酸经细菌的脱羧基作用产生并被吸收入血，如尸胺、腐胺，这些是有活性的毒性物质。

3、醇脱氢酶系和醛脱氢酶系：分布于肝细胞微粒体和胞液中的醇脱氢酶（ADH）和醛脱氢酶（ALDH），均以NAD+为辅酶，可催化醇类氧化成醛，醛类氧化成酸。

乙醇作为饮料和调味剂广为利用。人类摄入的乙醇可被胃（吸收30%）和小肠上段（吸收70%）迅速吸收。吸收后的乙醇90%~98%在肝脏代谢，其余在肾脏进行代谢。人类血中乙醇的清除速率为100~200mg/h·kg体重。酒精有轻度的麻醉（喝酒解乏）、能增强自信心（酒壮英雄胆）、心率加快、皮肤充血（面红耳赤）导致皮温升高（喝酒御寒、恶心呕吐等生理效应，饮酒过量会导致这些效应放大而使人在意识和行动上失去自我控制。这些作用效果其实并不完全是由乙醇直接导致的，很多是由乙醇脱氢氧化产物乙醛刺激机体产生肾上腺素、去甲肾上腺素等产生的生理反应。

醇脱氢酶（ADH）和醛脱氢酶（ALDH）在人类中存在多态性（同工酶）。ADH为二聚体，有3种亚基αβγ，成人主要是β二聚体，多数白种人是活性较低的β1β1，90%的黄种人是活性较高的β2β2，加之白种人ALDH活性较高，而黄种人约50%的ALDH活性较低，因此黄种人饮酒后能快速生成乙醛，约一半的黄种人乙醛氧化速度较慢，导致黄种人饮酒后乙醛浓度升高。显然，黄种人与白种人在同等条件下更容易导致酒精中毒。长期过量饮酒由于加重肝脏生物转化的负担而影响肝脏功能。

常见氧化剂1、高锰酸钾（KMnO4）

高锰酸钾氧化性强，可以将伯醇、醛、芳环侧链的烷醇、醛、芳基氧化成酸，由于在酸性条件下氧化选择性差，多在中性或碱性中使用。

2、二氧化锰（MnO2）

二氧化锰是较温和的氧化剂，可将芳环侧链的甲基氧化为醛。

3、三氧化铬（CrO3）

三氧化铬的吡啶络合物是比较缓和的氧化剂，可将伯醇氧化为醛，而不破坏碳碳双键和其它基团。

各类氧化反应及现象1、镁在氧气中燃烧：2Mg + O2=2MgO 白色信号弹

现象：（1）发出耀眼的白光（2）放出热量（3）生成白色粉末

2、铁在氧气中燃烧：3Fe + 2O2=Fe3O4

现象：（1）剧烈燃烧，火星四射（2）放出热量（3）生成一种黑色固体（四氧化三铁 Fe3O4）

注意：瓶底要放少量水或细沙，防止生成的固体物质溅落下来，炸裂瓶底。

3、铜在空气中受热：2Cu + O2=△=2CuO

现象：铜丝变黑、用来检验是否含氧气。

4、铝在空气中燃烧：4Al + 3O2=2Al2O3

现象：发出耀眼的白光，放热，有白色固体生成。

5、氢气中空气中燃烧：2H2 + O2=2H2O 高能燃料

现象：（1）产生淡蓝色火焰（2）放出热量（3）烧杯内壁出现水雾。

6、红（白）磷在空气中燃烧：4P + 5O2=2P2O5 证明空气中氧气含量

现象：（1）发出白光（2）放出热量（3）生成大量白烟。

7、硫粉在空气中燃烧： S + O2=SO2

现象**：**

A、在纯的氧气中

发出明亮的蓝紫火焰，放出热量，生成一种有刺激性气味的气体。

B、在空气中燃烧

（1）发出淡蓝色火焰（2）放出热量（3）生成一种有刺激性气味的气体。

8、碳在氧气中充分燃烧：C + O2=CO2

现象：（1）发出白光（2）放出热量（3）澄清石灰水变浑浊

9、碳在氧气中不充分燃烧：2C + O2=2CO

10、二氧化碳通过灼热碳层： C + CO2=2CO（是吸热的反应）

11、一氧化碳在氧气中燃烧：2CO + O2=2CO2

现象：发出蓝色的火焰，放热，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊。

12、二氧化碳和水反应（二氧化碳通入紫色石蕊试液）：

CO2 + H2O=H2CO3

现象：紫色石蕊试液由紫色变成红色。

注意：酸性氧化物+水→酸

如：SO2 + H2O= H2SO3 SO3 + H2O=H2SO4

13、生石灰溶于水：CaO + H2O=Ca(OH)2（此反应放出大量的热）

注意：碱性氧化物+水→碱

氧化钠溶于水：Na2O + H2O=2NaOH

氧化钾溶于水：K2O + H2O=2KOH

氧化钡溶于水：BaO + H2O = Ba（OH）2

14、钠在氯气中燃烧：2Na + Cl2=2NaCl （无氧也能够燃烧）

15、2Hg + O2=2HgO 银白液体、生成红色固体 拉瓦锡测定空气中氧气的实验

16、2Cu + O2=2CuO 红色金属变为黑色固体 用来检验是否含氧气1