waterstofoverdracht

Waterstofoverdracht is het chemische proces waarbij waterstofatomen, waterstofionen of hydride zich verplaatsen van een donor naar een acceptor. Het speelt een centrale rol in veel chemische reacties, biochemische systemen en energiegerelateerde processen. Overdracht kan bestaan uit een neutraal waterstofatoom, een hydride (H−) of een proton (H+), en in sommige gevallen bewegen proton en elektron gelijktijdig in wat men prooton- en elektronoverdracht of PCET (proton-coupled electron transfer) noemt.

De belangrijkste mechanismen zijn waterstofatoma overdrag (HAT), hydrideoverdracht (H−) en protonoverdracht (H+). Bij HAT wordt een waterstofradicaal overgedragen; bij hydrideoverdracht geeft een donor een hydride. Protonoverdracht betreft enkel een proton. Vaak treden elektronoverdracht omhoog naast proton- of hydridebeweging, en kan de reactie concerted verlopen via PCET.

In biochemie komen waterstofoverdrachten veel voor in metabole routes en energieomzetting. Enzymen zoals de dehydrogenasen voeren hydride-overdrachten uit op cofactoren zoals NAD+/NADH. In de organische chemie worden waterstofoverdrachten toegepast in reductie- en oxidatiereacties, hydrogenatie, dehydrogenatie en tautomerisatie, vaak ondersteund door katalysatoren of enzymatische systemen.

De chemische omstandigheden bepalen de richting en snelheid van de overdracht. Belangrijke factoren zijn bindingsenergieën, pKa-waarden, redoxpotentialen, oplosmiddel en temperatuur, evenals de aanwezigheid van katalysatoren of waterstofdragende groepen. Experimentele aanpakken omvatten deuterium-labeling en kinetische isotope-effecten, gecombineerd met spectroscopische technieken zoals NMR, EPR en massaspectrometrie om overdrachtsroutes te karakteriseren.