Cinética de la oxidación de heterociclos aromáticos que contienen nitrógeno con dióxido de cloro y formación de cloro...

Área de la Ciencia:

• Química del medio ambiente
• Química del tratamiento del agua
• Química de la oxidación

Sus antecedentes:

• El dióxido de cloro (ClO2) es un desinfectante y preoxidante en el tratamiento del agua, a menudo utilizado para minimizar la formación de subproductos halogenados.
• Estudios recientes indican que el cloro libre disponible (FAC) puede ser un oxidante secundario en las reacciones de ClO2 con compuestos aromáticos activados como los fenoles.
• El potencial de ClO2 para formar FAC con otras clases de compuestos, específicamente los heterociclos que contienen nitrógeno (NCH), requiere investigación.

Objetivo del estudio:

• Investigar la cinética y los subproductos de la reacción del dióxido de cloro (ClO2) con los heterociclos aromáticos que contienen nitrógeno (NCH).
• Determinar si los NCH pueden servir como precursores para la formación de cloro libre disponible (CCL) durante el tratamiento del agua.
• Evaluar la reactividad de las diferentes estructuras de NCH, incluidos los anillos de cinco y seis miembros, y sus implicaciones para la desinfección del agua.

Principales métodos:

• Se realizaron estudios cinéticos para determinar las constantes de velocidad de la reacción entre ClO2 y varios NCH.
• La formación de cloro libre disponible (CAF) se cuantificó en diferentes condiciones de reacción (por ejemplo, proporciones de ClO2 a NCH, pH).
• Se comparó la reactividad entre los NCH aromáticos de seis y cinco miembros, incluidos el pirrol y el imidazol.

Principales resultados:

• Los NCH aromáticos de seis miembros mostraron una baja reactividad con ClO2 (constantes de velocidad < 10^-3 M^-1 s^-1).
• Los NCH de cinco miembros, pirrol e imidazol, fueron significativamente más reactivos.
• El pirrol reaccionó con una constante de velocidad de (1,18 ± 0,3) × 10 ^ 3 M ^ - 1 s ^ - 1, formando 7 45% FAC. La reacción del imidazol fue dependiente del pH, con sus especies aniónicas mostrando una alta constante de velocidad ((2,08 ± 1,4) × 10^6 M^-1 s^-1), y formó el 37% de FAC a pH 7 (constante de velocidad 6,7 × 10^-2 M^-1 s^-1).
• Los compuestos con fracciones de imidazol, como las nucleobases (adenina, guanina) y la dexmedetomidina, mostraron características de reacción similares, lo que pone de relieve la relevancia de los NCH en aplicaciones de ClO2.

Conclusiones:

• Los heterociclos aromáticos que contienen nitrógeno (NCH), en particular los anillos de cinco miembros como el pirrol y el imidazol, pueden actuar como precursores para la formación de cloro libre disponible (FAC) durante la desinfección con dióxido de cloro (ClO2).
• La reactividad y el rendimiento de FAC dependen de la estructura de NCH y de las condiciones de reacción, como el pH.
• Los resultados subrayan la importancia de considerar los NCH en los procesos de tratamiento del agua que utilizan ClO2 para controlar la formación potencial de subproductos y garantizar la eficacia de la desinfección.