自由基的基本概念
高中生物教学计划的自由基与氧化还原
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01
自由基与氧化还原的 基本概念
02
抗氧化物质与健康
04
高中生物教学中的自 由基与氧化还原
05
自由基的产生与影响
03
教学评估与学生反馈
06
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自由基与氧化还 原的基本概念
自由基的定义与特性
自由基：具有一个或多个不成对电子的分子或离子 特性：高度反应性，易与周围物质发生氧化还原反应 产生方式：多种途径，如辐射、化学反应等 稳定性：多数自由基不稳定，需与其他物质结合才能稳定存在
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自由基与疾ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的关系
自由基的产生：正常代谢过程中产生的自由基 自由基对细胞的损伤：攻击细胞膜、DNA等，导致细胞功能异常 疾病的发生：自由基过多与多种疾病有关，如心血管疾病、癌症等 抗氧化剂的作用：清除自由基，减少其对细胞的损伤，预防疾病的发生
抗氧化物质与健 康
抗氧化物质的作用
清除自由基：抗氧化物质可以清除体内的自由基，减少氧化应激反应对细胞的损伤。 保护细胞膜：抗氧化物质可以防止细胞膜受到氧化损伤，维持细胞膜的正常结构和功能。 抑制炎症：抗氧化物质可以抑制炎症反应，减轻炎症对身体的损害。 预防慢性疾病：抗氧化物质可以降低慢性疾病的风险，如心血管疾病、糖尿病和癌症等。
氧化还原反应的原理
氧化还原反应的 定义：氧化还原 反应是化学反应 的一种，反应过 程中元素的氧化 数发生变化。
氧化数概念：在 氧化还原反应中， 元素失去或获得 电子后所呈现的 电荷数被称为氧 化数。
氧化数变化规律： 在氧化还原反应 中，元素的氧化 数会发生变化， 通常表现为升高 或降低。
《自由基的危害》课件
05
自由基的检测与预防
自由基的检测方法
化学发光法
通过检测自由基与发光物质反应 产生的光子，确定自由基的存在
和浓度。
电化学法
利用自由基在电极上的氧化还原 反应，通过测量电流或电位变化
来检测自由基。
电子自旋共振谱法
利用自由基的电子自旋共振特性 ，通过测量共振信号来确定自由
素E和矿物质。
茶叶
茶叶中的茶多酚是一种 强效的抗氧化物质，可 以清除体内的自由基。
使用抗氧化护肤品
防晒霜
选用含有抗氧化成分的防晒霜，可以 抵抗紫外线对皮肤的伤害。
抗氧化精华
抗氧化面膜
定期使用含有抗氧化成分的面膜，可 以给肌肤补充营养，减少自由基对皮 肤的损害。
使用含有维生素C、维生素E等抗氧化 物质的精华液，可以深层滋养肌肤。
人体自身具有一定的清除自由基的能力，但随着年龄的增长和环境因素 的负面影响，这种能力会逐渐减弱。因此，采取有效的防护措施至关重 要。
对抗自由基的未来展望
随着对自由基危害的深入了解，科学家 们正在不断探索新的对抗自由基的方法 和技术。这些方法包括开发新型抗氧化 剂、提高机体清除自由基的能力、改善
生活方式和饮食习惯等。
自由基还会破坏细胞膜上的蛋白质和 脂质，导致细胞膜的完整性受到破坏 ，使细胞的正常功能受到影响。
损伤DNA
自由基会攻击DNA，导致DNA的序列发生改变，引起基因突变，从而增加癌症 的风险。
自由基还会影响DNA的修复机制，使DNA的损伤难以得到修复，进一步加剧细 胞的损伤和衰老。
加速衰老
自由基会攻击细胞和组织，导致细胞的正常功能受到影响， 从而使人体逐渐衰老。
高聚物生产技术：自由基的基本概念
⑤ 自由基的转移反应：活性转移
R • RH R - H R•
7
电子的倾向。
自由基活性与结构有关，共轭效应、位阻效应对自由基均有稳定作用。
① 高活性自由基：
•
•
H• •CH3 •C6H5 R C H2 R 2 C H R3C •
（活性高，稳定性差，不宜选择）
4
② 中活性自由基：
•
•
•
RC HCOR R CHCN R CHCOOR
（引发单体进行聚合最常见的自由基）
③ 低活性自由基
•
•
•
CH2 CH C H2 C6H5 C H2 （C6H5）2 C H （C6H5）3 C•
（活性太低，不能引发聚合，起阻聚作用）
5
3. 自由基的化学反应
① 加成反应：自由基与烯烃类单体反应，产物仍然是自由基（这类 反应多出现在引发反应和增长反应中）。
•
R • CH2 CH - X R - CH2 - C H - X
② 氧化还原反应：自由基消失反应，可测定引发速率和防止聚合物 的自由基老化。
Fe2 •OH Fe3 OH-
6
③ 偶合反应：两个自由基相结合形成稳定化合物（终止反应）。
R••R R-R
④ 歧化反应：两个自由基相互争夺活泼H，形成稳定化合物。
•
•
R1 - CH2 R2 - CH 2 - CH2 R1 - CH3 R2 - CH CH 2
高聚物生产技术
1
自由基聚合
自由基的基本概念
2
1. 活性种的形成－化合物共价键的断裂
均裂பைடு நூலகம்
共价键上一对电子分别属于两个基团，带独电子的基团呈中性，称为自
自由基与炎症、衰老
胞和心肌细胞。
组织结构退行性变
03
随着年龄的增长，人体的组织结构逐渐退行性变，包括关节软
骨退化、肌肉萎缩、骨质疏松等。
自由基与衰老的关系
自由基的产生
在正常的代谢过程中，自由基的产生是不可避免的。然而，暴露于环境因素（如紫外线、辐射、空气污染物）和不良 的生活习惯（如吸烟、不健康的饮食）可以增加自由基的产生。
自由基对细胞和组织的损伤
自由基可以攻击细胞膜、DNA和蛋白质等细胞成分，导致细胞功能受损或死亡。这种损伤随着时间的推移而累积， 最终导致衰老和慢性疾病的发生。
抗氧化剂的作用
抗氧化剂是一类可以中和自由基的物质，从而保护细胞免受自由基的攻击。食物中的抗氧化剂包括维生 素C、维生素E、β-胡萝卜素等。适量补充抗氧化剂有助于延缓衰老和预防慢性疾病。
自由基的危害
过量的自由基会导致细胞和组织的损伤，引发多种疾病，如心血管疾病、糖尿病、神经退 行性疾病和癌症等。
抗氧化防御系统
人体有一套抗氧化防御系统，包括酶和非酶抗氧化物质，它们可以清除体内多余的自由基 ，维持氧化还原平衡。
05 如何通过饮食和保健品来 抵抗自由基、炎症和衰老
抗氧化食物的摄入
富含抗氧化剂的食物
01
选择高质量的抗氧化剂补充品
如维生素C、维生素E、β-胡萝卜素等，这些抗氧化剂可以帮助身体抵
抗自由基和炎症。
02
适量补充鱼油
鱼油富含Omega-3脂肪酸，可以帮助减少炎症和延缓衰老。
03
避免过量补充
过量补充抗氧化剂和鱼油可能会对身体造成负面影响，因此应按照推荐
剂量进行补充。
其他保健方法
保持适度运动
自由基
是指具有一个或多个不成对电子的任何分子或离子。在正常的代谢过程中，自 由基发挥着重要的生物学作用，但同时也会对细胞和组织造成损伤。
如何应对生命过程中的自由基(一)
一、自由基的基本概念原子核外电子排布示意图如上图所示，原子是由原子核和核外电子组成的，电子在原子核外是有轨道的，靠近原子核的轨道能量比较低，越靠外的轨道能量越高。
从里到外轨道的能级有第一个能级，第二个能级、第三个能级，第四个能级等等，每个能级中还可以有亚能级，如在第二个能级中还分成了两种亚能级，第一种是 S 能级，第二种是 P 能级等。
电子在原子核外排布的基本规则是：1 、首先占据能量较低的轨道；2 、每个轨道最多允许两个自旋方向相反的电子；3 、在同能量的轨道有多个（不止一个）时，电子要首先分占不同的轨道，且自旋方向相同。
以上图的“原子核外电子排布示意图”举例说明，当同能量的轨道有不止一个的时候，如上图中第二层的轨道，它有两个亚能级， S 能级和 P 能级。
P 能级有三个能量相同的轨道，分别在 X 方向、 Y 方向、 Z 方向。
电子排布时，首先排第一层即 1S ，可以排列两个电子。
然后排 2S ， 2S 排列了两个自旋方向相反的电子。
排到 P 轨道的时候，由于 P 轨道有三个能量相同的轨道，在这种情况下，即同能量的轨道有多个的时候，电子要首先分占不同的轨道，且自旋方向相同。
（三）几种重要的自由基物质1 、简单的自由基类物质—氢原子、氮原子、氧原子的基本规则，即遇到能量相同的轨道的时候，要首先分占不同的轨道，所以就占了一个、两个、三个，一直到第五个轨道，直到第六个电子的时候再反过来配对。
这里可能看到，有些原子先添了 4S ，后添了3D ，这是因为能级有交叉性， 4S 在很多情况下的能级比 3D 还要低，所以很多情况下 4S 排满后，再排 3D 。
从电子在原子核外的排布规则可以看到，过渡金属原子核外的电子很多都是没有配对的，所以过渡金属大多数都是自由基，要特别注意锌，因为锌原子核外的电子已经全部排满，所以锌不是自由基。
铜原子、铜离子的电子排布示意图上图是铜原子、铜离子的电子排布，铜原子是自由基，因为在 4S 的轨道上有一个电子是没有配对的，而一价的铜离子就不是自由基，因为没配对的电子掉了。
(完整版)自由基的基本概念
▪ 自由基的存在被很多科学实验证实,已经被证实的自由基
有三类。
▪ ⒈ 原子自由基 ▪ 自由基是一个原子。如：
HH
2H
Cl Cl 光 2Cl H 、Cl , 都为原子自由基
▪ ⒉ 基团自由基 ▪ 自由基是一个基团。
O
O
O
▪ C6H5 C O O C C6H5 2C6H5 C O 2C6H5 + 2CO2
O
C6H5 C O (苯甲酰氧自由基) 为一个基团自由基。
C6H5 (苯基自由基)也为一个基团自由基。
2.2 自由基的基本概念
CH3
CH3
CH3
CH3 C N N C CH3
2CH3 C + N2
CN
CN
CN
CH3
CH3 C
(异丁腈基自由基)为一个基团自由基。
CN
⒊ 离子自由基 自由基是一个离子。如过硫酸钾分解：
2.2 自由基的基本概念
一、 自由基(radical,free radical) 二、 自由基的种类
⒈ 原子自由基 ⒉ 基团自由基 ⒊ 离子自由基 三、 自由基的性质 ⒈ 电子不饱和性 ⒉ 具有较高的能量 四、 自由基的稳定性及其影响因素 ⒈ 取代基的电子效应对自由基稳定性的影响 ⒉ 取代基的空间效应对自由基稳定性的影响
作业:⒈
2.2 自由基的基本概念
• ⒈ 取代基的电子效应对自由基稳定性的影响 ⑴ 取代基的共轭效应对自由基稳定性的影响 如果自由基与共轭取代基连接,如
CH2 CH2 CH CH2 CH3 CH2 CH3
稳定性减弱
由于自由基的电子不饱和性,其电子云易发生流动，与共轭 取代基发生共轭或超共轭。共轭的结果,使自由基电子云密度降 低,从而降低了自由基的能量,所以自由基的稳定性增强。
化学反应机理中的自由基反应研究
化学反应机理中的自由基反应研究自由基反应是化学领域中重要的研究方向之一。
自由基反应机理的研究对于理解和探索许多化学反应起到了至关重要的作用。
本文将着重探讨自由基反应的基本概念、研究方法以及其在相关领域中的应用。
一、自由基反应的基本概念自由基是指具有不成对电子的化学物质或中间体，其具有高度活性和不稳定性。
自由基在多种化学反应中都起到了关键的作用。
常见的自由基包括单电子还原剂（例如羟基自由基、氨基自由基）和氧化剂（例如过氧化氢自由基、硝酸自由基）。
二、自由基反应的研究方法1. 直接观察法：通过实验手段直接观察自由基的存在和反应过程，例如使用电子顺磁共振（EPR）技术来检测自由基的自旋共振信号。
2. 间接检测法：通过观察反应物与自由基反应产生的产物，间接判断自由基反应的发生。
例如酰基过氧化物分解反应可以间接检测过氧自由基的存在。
3. 计算方法：利用量子化学计算方法对自由基反应的机理进行模拟和计算，从而获得反应动力学参数、反应路径和反应物之间的相互作用。
三、自由基反应的应用领域1. 有机合成：自由基反应在有机合成中广泛应用。
例如，在烷基化反应、脱卤反应和芳基化反应中，自由基反应是被普遍采用的方法之一。
2. 大气化学：大气中的自由基反应对于大气化学过程非常重要。
例如，大气中的氧自由基和水蒸汽反应，形成羟基自由基，对于控制大气光学性质和气溶胶生成具有关键作用。
3. 生物化学：自由基反应在生物体内发挥着重要的调节作用。
例如，氧化应激是一种自由基反应过程，与多种疾病的发生和发展密切相关。
四、自由基反应的挑战与展望虽然自由基反应的研究已经取得了重要的进展，但仍然存在许多挑战。
自由基的高活性和不稳定性使得其在实验中的观测和研究变得困难。
此外，自由基反应的机理和动力学过程仍然不完全清楚，需要进一步深入研究。
展望未来，随着技术的不断进步，如EPR技术的发展以及计算方法的改进，将能够更加深入地研究自由基反应的机理和动力学过程。
植物生理学重点
一、植物的近况和展望1. 谈一下植物生理学的发展趋势。
植物生理学是研究植物生命活动的基本规律的科学。
主要研究内容有物质代谢、能量转化、信息传递、形态建成。
殷宏章先生指出：近年来随着研究的不断深入和与其他学科的交叉渗透，植物生理学的研究，有向两端发展的趋势。
（1）一方面随着现代生物化学、生物物理学、细胞生理学的发展，特别是分子遗传学的突跃，已将一些生理的机理研究深入到分子水平，或亚分子水平，这是微观方向的发展（2）另一方面由于环境的破坏和人为的污染，人与生物圈的关系逐渐受到重视，农林生产自然生态系统的环境生理对植物生理提出了大量基本的问题，需要向宏观方面发展。
2. 植物生理学与现代农业可持续发展的关系和看法？世界面临着人口、食物、能源、环境和资源问题的挑战，解决这些问题植物生理学占有突出地位。
农业是通过绿色植物“加工”太阳能的产业，植物的生长发育既是生产过程，又是产品本身。
植物生理学是研究绿色植物生命活动规律的科学，是合理农业的基础。
农作物生产不外乎要抓好两件事，一是改造植物遗传性，二是改善栽培技术，而要做好这两件事必须基于对植物生命活动规律的认识。
高等绿色植物具有多种特殊生理功能：自养营养、全能性、“四固”能力，即固定碳素、固定氮素、分解水释放出氧气和制造氢气的能力；具有合成橡胶、香料、药物等特殊代谢物质的能力，有很强的适应性和抗逆能力等等。
深刻揭露绿色植物这些特殊本领并加以利用，可以开辟植物生产的应用新领域，提高人们驾驭自然、利用植物资源的能力，为振兴农业不断提供新方法、新途径。
应用植物生理学是植物生理学与农业现代化关系的一个缩影。
如提高光合作用效率与光呼吸问题、间作套种和合理密植、合理用水和经济用水、合理施肥和经济施肥等都是应用植物生理学研究的课题。
二．细胞生理1.细胞程序性死亡（概念）：程序性死亡(programmed cell death,PCD)，这是一种主动的、为了生物的自身发育及抵抗不良环境的需要而按照一定的程序结束细胞生命的过程特点：PCD与通常意义上的衰老死亡不同它是多细胞生物中一些细胞所采取的一种自身基因调控的主动死亡方式。
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C6H5 O C O
2C6H5
O C O
2C6H5 + 2CO2
(苯甲酰氧自由基) 为一个基团自由基。
C 6H 5
(苯基自由基)也为一个基团自由基。
2.2 自由基的基本概念
CH3
CH3
CH3 C CN
CH3 CH3 C N N C CH3 CN CN
2CH3
CH3 C + N2 CN
(异丁腈基自由基)为一个基团自由基。
⒊ 离子自由基 自由基是一个离子。如过硫酸钾分解：
K2S2O8 O O K O S O O S O K O O
水溶液中
K2S2O8
Fe+2 + K2S2O8
Na2S2O3 + K2S2O8
S 2O 3
2K + 2SO4
-2
+3 Fe + 2K + SO4
+ SO4
SO4 为离子自由基(硫酸根离子自由基)。
2.2 自由基的基本概念
NO2 N N NO2
(1) (2) (3) (4)
NO2 >
C
>
CH2 > HO
O
> CH2
CH CH2
>R
CH C O OR
(6)
>
R CH CN
(7)
>
R CH C O R
(8)
(5)
>R3
C
>
R2 CH
(10)
>
R CH2
(11)
>
C6H5
(12)
>
CH3
(13)
>
共轭取代基愈多,共轭效应愈强烈,自由基的稳定性愈强。 ⑵ 取代基的诱导效应对自由基稳定性的影响 诱导效应:推电子取代基的+I效应 吸电子取代基的-I效应。
2.2 自由基的基本概念
① 推电子取代基的+I效应对自由基稳定性影响 自由基与推电子取代基连接时，自由基的稳定性降低。
R CH2 · < CH3 · 稳定性 ② 吸电子取代基的-I效应对自由基稳定性的影响
图2.2 甲烷分子 正四面体结构
2.2 自由基的基本概念
但当甲烷分子中一个 H原子被分离出来后，形成的甲 · 基自由基CH3 则为一个不稳定的结构。
H H C H H
CH3
+
H
*
H * H* C * * H
图2.3 甲基自由基 电子结构示意图 图2.3 甲基自由基 结构示意图
2.2 自由基的基本概念
2Na + 2K + SO4 + SO4 + S2O3
-2
为离子自由基(硫代硫酸根离子自由基)。
2.2 自由基的基本概念
三、自由基的性质 自由基具有电子不饱和性和较高的能量 ⒈ 电子不饱和性 甲烷(CH4)是一个稳定的化合物。
H * H* C * H * H
图2.1 甲烷分子 最外电子层结构
109°28′
作业:⒈
2.2 自由基的基本概念
•
⒈ 取代基的电子效应对自由基稳定性的影响 ⑴ 取代基的共轭效应对自由基稳定性的影响 如果自由基与共轭取代基连接,如
CH2 CH2 CH CH2 CH3 CH2 CH3
稳定性减弱
由于自由基的电子不饱和性,其电子云易发生流动，与共轭 取代基发生共轭或超共轭。共轭的结果,使自由基电子云密度降 低,从而降低了自由基的能量,所以自由基的稳定性增强。
H
(14)
(9)
2.2 自由基的基本概念
• ⑴～⑸是带有共轭取代基的自由基,它们是稳定的自由基； • ⑹～⑻ 是带有吸电子取代基的自由基,它们是比较稳定的自 由基； • ⑼～⒀是带有推电子取代基的自由基,它们是活泼的自由基。 • 活泼的自由基可以引发单体进行自由基聚合 ,而稳定的自由
基是自由基聚合的阻聚剂,DPPH是典型的自由基型阻聚剂。
电子的不饱和性: P电子与另一个与它平行的p电子重叠(电 子云交盖),亦即有配对的倾向。
⒉ 自由基具有较高的能量 • 共价键均裂时必须吸收一定的能量,吸收的能量变为自由基 的内能，因此自由基具有较高的能量. • 四、自由基的稳定性及其影响因素 • 由于自由基具有电子不饱和性和较高的能量，一般来讲自 由基是不稳定的，具有极强的化学活泼性. • 它可以发生多种反应，如引发反应、增长反应、结合反应、 转移反应和降解反应等。 • 不同的自由基稳定性也是不同的，其稳定性与结构有关. • 影响自由基稳定性的因素: • 取代基的电子效应和空间效应。
由电子)，这些带有未成对独电子的部分称为自由基。
二、 自由基的种类
2.2 自由基的基本概念
自由基的存在被很多科学实验证实,已经被证实的自由基
⒈ 原子自由基 自由基是一个原子。如：
有三类。
H
Cl
H
Cl
光
2H
2Cl
H 、 Cl , 都为原子自由基
⒉ 基团自由基 自由基是一个基团。 O O C6H5 C O O C C6H5
2.2 自由基的基本概念
一、 自由基(radical,free radical) 一个共价键化合物A-B,当它受到热、辐射及超声波
等能量的作用时，共价键可能要断裂，断裂方式有两种。
⒈ 共价键异裂
A
B
A + B 形成阳离子和阴离子
⒉ 共价键均裂
A
B
A + B 形成两个自由基
共价键均裂，使均裂的两部分各带一个未成对独电子 ( 自
2.2 自由基的基本概念
一、 自由基(radical,free radical) 二、 自由基的种类
⒈ 原子自由基
⒉ 基团自由基 ⒊ 和性 ⒉ 具有较高的能量 四、 自由基的稳定性及其影响因素 ⒈ 取代基的电子效应对自由基稳定性的影响 ⒉ 取代基的空间效应对自由基稳定性的影响