Оксид азота - Nitric oxide

Не путать с оксид азота или же оксид азота.
Эта статья о молекуле. Для использования оксида азота в качестве лекарства или в биологии см. Биологические функции оксида азота.
Оксид азота
Формула скелета оксида азота с длиной связи
Формула скелета, показывающая две неподеленные пары и одну трехэлектронную связь
Модель, заполняющая пространство оксида азота
Имена
Название ИЮПАК
Монооксид азота
Систематическое название ИЮПАК
Оксидоназот (•)[1] (добавка)
Другие имена
Оксид азота
Оксид азота (II)
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
3DMet
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard100.030.233 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 233-271-0
451
КЕГГ
Номер RTECS
  • QX0525000
UNII
Номер ООН1660
Характеристики
NО
Молярная масса30.006 г · моль−1
ВнешностьБесцветный газ
Плотность1,3402 г / л
Температура плавления -164 ° С (-263 ° F, 109 К)
Точка кипения -152 ° С (-242 ° F, 121 К)
0,0098 г / 100 мл (0 ° C)
0,0056 г / 100 мл (20 ° С)
1.0002697
Структура
линейный (точечная группа C∞v)
Термохимия
210,76 Дж / (К · моль)
91,29 кДж / моль
Фармакология
R07AX01 (ВОЗ)
Данные лицензии
Вдыхание
Фармакокинетика:
хороший
через ложе легочных капилляров
2–6 секунд
Опасности
Главный опасности
  • Смертельно при вдыхании
  • Вызывает сильные ожоги
  • Вызывает повреждение глаз
  • Разъедает дыхательные пути
[3]
Паспорт безопасностиВнешний SDS
Пиктограммы GHSGHS04: Сжатый газGHS03: ОкисляющийGHS05: КоррозийныйGHS06: Токсично[2][3]
Сигнальное слово GHSОпасность
H270, H280, H330, H314[2][3]
P244, P260, P220, P280, P304 + 340 + 315, P303 + 361 + 353 + 315, P305 + 351 + 338 + 315, P370 + 376, P403, P405[2][3]
NFPA 704 (огненный алмаз)
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
315 частей на миллион (кролик, 15мин )
854 частей на миллион (крыса, 4час )
2500 частей на миллион (мышь, 12 мин)[4]
320 ppm (мышь)[4]
Родственные соединения
Связанный азот оксиды
Пятиокись азота

Тетроксид диазота
Трехокись азота
Диоксид азота
Оксид азота
Нитроксил (сокращенная форма)
Гидроксиламин (гидрогенизированная форма)

Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Оксид азота (оксид азота[5] или окись азота) представляет собой бесцветный газ с формулой NО. Это один из основных оксиды азота. Оксид азота - это свободный радикал, т.е. имеет неспаренный электрон, который иногда обозначается точкой в химическая формула (· N = O или · NO). Оксид азота также гетероядерный двухатомная молекула, исторический класс, проводивший исследования, породившие раннюю современную теории химической связи.[6]

Важно средний в промышленная химия, оксид азота образуется в системах сгорания и может образовываться при ударе молнии во время грозы. У млекопитающих, включая человека, оксид азота является сигнальная молекула во многих физиологических и патологических процессах.[7] Он был провозглашен "Молекула года "в 1992 году.[8] В Нобелевская премия 1998 года по физиологии и медицине был награжден за открытие роли оксида азота в качестве сигнальной молекулы сердечно-сосудистой системы.

Оксид азота не следует путать с диоксид азота (НЕТ2), коричневый газ и крупный загрязнитель воздуха, или с оксид азота (N2O), анестетик.[6]

Реакции

С двух- и трехатомными молекулами

При конденсации в жидкость оксид азота димеризуется до диоксид азота, но связь слабая и обратимая. Расстояние N – N в кристаллическом NO составляет 218 пм, что почти в два раза больше расстояния N – O.[6]

Поскольку теплота образования · NO равна эндотермический, NO можно разложить на элементы. Каталитические преобразователи в автомобилях используют эту реакцию:

2 НЕТ → O2 + N2.

При воздействии кислород, оксид азота превращается в диоксид азота:

2 НО + О2 → 2 НЕТ2.

Предполагается, что это преобразование происходит через промежуточное звено ONOONO.

В воде оксид азота реагирует с кислородом и водой с образованием азотистая кислота (HNO2). Считается, что реакция протекает следующим образом: стехиометрия:

4 НО + О2 + 2 часа2O → 4 HNO2.

Оксид азота реагирует с фтор, хлор, и бром с образованием нитрозилгалогенидов, таких как нитрозилхлорид:

2 NO + Cl2 → 2 НОКл.

С НЕТ2, тоже радикал, NO объединяется, образуя ярко-синий триоксид диазота:[6]

НЕТ + НЕТ2 ⇌ ВКЛ-НЕТ2.

Органическая химия

Добавление оксида азота часть к другой молекуле часто называют нитрозилирование. В Реакция Траубе[9] это добавление из двух эквиваленты оксида азота на энолировать, давая диазениумдиолат (также называемый нитрозогидроксиламин).[10] Товар может пройти последующую ретроспективу.альдольная реакция, давая общий процесс, аналогичный галоформная реакция. Например, оксид азота реагирует с ацетон и алкоксид с образованием диазениядиолата на каждом положение α, с последующей потерей метилацетат в качестве побочный продукт:[11]

Реакция Траубе

Эта реакция, открытая примерно в 1898 году, по-прежнему представляет интерес для оксида азота. пролекарство исследование. Оксид азота может также напрямую реагировать с метоксид натрия, в конечном итоге формируя формиат натрия и оксид азота посредством N-метоксидиазениумдиолат.[12]

Координационные комплексы

Основная статья: Нитрозил металла

Оксид азота реагирует с переходные металлы давать комплексы под названием нитрозилы металлов. Наиболее распространенным способом связывания оксида азота является терминальный линейный тип (M-NO).[6] В качестве альтернативы оксид азота может служить одноэлектронным псевдогалогенидом. В таких комплексах группа M-N-O характеризуется углом от 120 ° до 140 °. Группа NO может также соединять металлические центры через атом азота в различных геометриях.

Производство и подготовка

В коммерческих условиях оксид азота производится окисление из аммиак при 750–900 ° C (обычно при 850 ° C) с платина в качестве катализатор в Оствальдский процесс:

4 NH3 + 5 O2 → 4 НО + 6 часов2О

Некатализированный эндотермический реакция кислород (O2) и азот (N2), который осуществляется при высокой температуре (> 2000 ° C) под действием молнии, не был развит в практический коммерческий синтез (см. Процесс Биркеланда – Эйде ):

N2 + O2 → 2 НЕТ

Лабораторные методы

В лаборатории оксид азота обычно получают путем восстановления разбавленных азотная кислота с медь:

8 HNO3 + 3 Cu → 3 Cu (NO3)2 + 4 часа2O + 2 НЕТ

Альтернативный путь включает восстановление азотистой кислоты в виде нитрат натрия или же нитрит калия:

2 NaNO2 + 2 NaI + 2 H2ТАК4 → я2 + 2 Na2ТАК4 + 2 часа2O + 2 НЕТ
2 NaNO2 + 2 FeSO4 + 3 часа2ТАК4 → Fe2(ТАК4)3 + 2 NaHSO4 + 2 часа2O + 2 НЕТ
3 KNO2 + KNO3 + Cr2О3 → 2 тыс.2CrO4 + 4 НЕТ

Путь сульфата железа (II) прост и использовался в лабораторных экспериментах студентов. Так называемый NONOate соединения также используются для образования оксида азота.

Обнаружение и анализ

Оксид азота (белый) в хвойное дерево клетки, визуализированные с использованием DAF-2 DA (диаминофлуоресцеиндиацетат)

Концентрацию оксида азота можно определить с помощью хемилюминесцентная реакция с участием озон.[13] Образец, содержащий оксид азота, смешан с большим количеством озона. Оксид азота реагирует с озоном с образованием кислород и диоксид азота, сопровождающийся выбросом свет (хемилюминесценция ):

НЕТ + О3 → НЕТ2 + O2 + hν

который можно измерить с помощью фотоприемник. Количество производимого света пропорционально количеству оксида азота в образце.

Другие методы тестирования включают: электроанализ (амперометрический подход), где · NO реагирует с электродом, вызывая изменение тока или напряжения. Обнаружение радикалов NO в биологических тканях особенно сложно из-за короткого времени жизни и концентрации этих радикалов в тканях. Один из немногих практических методов - спиновая ловушка оксида азота с железом-дитиокарбамат комплексов и последующее обнаружение комплекса мононитрозил-железо с электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).[14][15]

Группа флуоресцентный краситель индикаторы, которые также доступны в ацетилированный форма для внутриклеточных измерений существует. Наиболее распространенное соединение - 4,5-диаминофлуоресцеин (DAF-2).[16]

Экологические последствия

Основная статья: NOx

Выпадение кислотных дождей

Оксид азота реагирует с гидропероксирадикалом (HO2•) с образованием диоксида азота (NO2), который затем может реагировать с гидроксильным радикалом (•ОЙ ) производить азотная кислота (HNO3):

· NO + HO2•→ •НЕТ2 + •ОЙ
·НЕТ2 + •OH → HNO3

Азотная кислота вместе с серная кислота, способствует кислотный дождь осаждение.

Истощение озонового слоя

· НЕТ участвует в истощение озонового слоя. Оксид азота реагирует со стратосферным озон образовать O2 и диоксид азота:

· NO + O3 → НЕТ2 + O2

Эта реакция также используется для измерения концентрации · NO в контрольных объемах.

Предшественник NO2

Как видно из раздела «Кислотное осаждение», оксид азота может превращаться в диоксид азота (это может происходить с гидропероксирадикалом HO2•, или двухатомный кислород, O2). Симптомы кратковременного воздействия диоксида азота включают тошноту, одышка и головная боль. Долгосрочные эффекты могут включать нарушение иммунитета и респираторный функция.[17]

Биологические функции

Основная статья: Биологические функции оксида азота

НЕТ это газообразная сигнальная молекула.[18] Это ключ позвоночное животное биологический посланник, играя роль во множестве биологических процессов.[19] Это известный биопродукт практически всех типов организмов, от бактерий до растений, грибов и клеток животных.[20]

Оксид азота, известный как релаксирующий фактор эндотелия (EDRF), эндогенно биосинтезируется из L-аргинин, кислород, и НАДФН различными синтаза оксида азота (NOS) ферменты.[21] Восстановление неорганического нитрата также может служить для образования оксида азота.[22] Одна из основных ферментативных мишеней оксида азота - это гуанилилциклаза.[23] Связывание оксида азота с гем область фермента приводит к активации в присутствии железа.[23] Оксид азота обладает высокой реакционной способностью (срок службы составляет несколько секунд), но при этом свободно диффундирует через мембраны. Эти свойства делают оксид азота идеальным для кратковременных паракринный (между соседними ячейками) и автокринный (внутри одной клетки) сигнальная молекула.[22] Как только оксид азота преобразуется в нитраты и нитриты кислородом и водой, передача клеточных сигналов деактивируется.[23]

В эндотелий (внутренняя подкладка) из кровеносный сосуд использует оксид азота, чтобы подать сигнал окружающим гладкая мышца расслабиться, в результате чего расширение сосудов и увеличение кровотока.[22] Силденафил (Виагра) - распространенный пример препарата, который использует путь оксида азота. Силденафил не производит оксид азота, но усиливает сигналы, идущие ниже по цепи оксида азота, защищая циклический гуанозинмонофосфат (cGMP) от разложения под действием цГМФ-специфическая фосфодиэстераза 5 типа (PDE5) в кавернозное тело, позволяя усилить сигнал, и, следовательно, расширение сосудов.[21] Еще один эндогенный газовый передатчик, сероводород (H2S) работает с NO, чтобы совместно вызывать расширение сосудов и ангиогенез.[24][25]

Охрана труда

В США Управление по охране труда (OSHA) установил законный предел (допустимый предел воздействия ) для воздействия оксида азота на рабочем месте как 25 частей на миллион (30 мг / м3) в течение 8-часового рабочего дня. В Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) 25 частей на миллион (30 мг / м3) в течение 8-часового рабочего дня. На уровне 100 ppm оксид азота сразу опасно для жизни и здоровья.[26]

Рекомендации

  1. ^ «Оксид азота (CHEBI: 16480)». Химические объекты, представляющие биологический интерес (ChEBI). Великобритания: Европейский институт биоинформатики.
  2. ^ а б c «Окись азота - Регистрационное досье - ECHA». Получено 2020-11-02.
  3. ^ а б c d «Паспорт безопасности - Оксид азота сжатый - Регистрационное досье» (PDF). Получено 2020-11-02.
  4. ^ а б "Оксид азота". Немедленно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH). Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  5. ^ Номенклатура неорганической химии ИЮПАК 2005 г.. PDF.
  6. ^ а б c d е Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
  7. ^ Hou, Y. C .; Янчук, А .; Ван, П. Г. (1999). «Современные тенденции развития доноров оксида азота». Текущий фармацевтический дизайн. 5 (6): 417–441. PMID  10390607.
  8. ^ Кулотта, Элизабет; Кошланд, Дэниел Э. младший (1992). "Отсутствие новостей - хорошая новость". Наука. 258 (5090): 1862–1864. Bibcode:1992 Наука ... 258.1862C. Дои:10.1126 / science.1361684. PMID  1361684.
  9. ^
    Не путать с Синтез пурина траубе.
  10. ^ Арулсами, Навамони; Боле, Д. Скотт (2006). «Синтез диазенийдиолатов из реакций оксида азота с енолатами». J. Org. Chem. 71 (2): 572–581. Дои:10.1021 / jo051998p. PMID  16408967.
  11. ^ Траубе, Вильгельм (1898). "Ueber Synthesen stickstoffhaltiger Verbindungen mit Hülfe des Stickoxyds". Annalen der Chemie Юстуса Либиха (на немецком). 300: 81–128. Дои:10.1002 / jlac.18983000108.
  12. ^ Дероза, Фрэнк; Кифер, Ларри К .; Храби, Джозеф А. (2008). «Оксид азота реагирует с метоксидом». Журнал органической химии. 73 (3): 1139–1142. Дои:10.1021 / jo7020423. PMID  18184006.
  13. ^ Fontijn, Arthur .; Sabadell, Alberto J .; Ронко, Ричард Дж. (1970). «Однородное хемилюминесцентное измерение оксида азота с озоном. Значение для непрерывного селективного мониторинга газообразных загрязнителей воздуха». Аналитическая химия. 42 (6): 575–579. Дои:10.1021 / ac60288a034.
  14. ^ Ванин, А; Huisman, A; Ван Фаассен, Э (2002). Дитиокарбамат железа как спиновая ловушка для обнаружения оксида азота: подводные камни и успехи. Методы в энзимологии. 359. стр.27–42. Дои:10.1016 / S0076-6879 (02) 59169-2. ISBN  9780121822620. PMID  12481557.
  15. ^ Нагано, Т; Йошимура, Т. (2002). «Биовизуализация оксида азота». Химические обзоры. 102 (4): 1235–70. Дои:10.1021 / cr010152s. PMID  11942795.
  16. ^ Кодзима Х., Накацубо Н., Кикучи К., Кавахара С., Кирино Й., Нагоши Х., Хирата Ю., Нагано Т. (1998). «Обнаружение и визуализация оксида азота с новыми флуоресцентными индикаторами: диаминофлуоресцеинами». Анальный. Chem. 70 (13): 2446–2453. Дои:10.1021 / ac9801723. PMID  9666719.
  17. ^ "Центры по контролю и профилактике заболеваний". NIOSH. 1 июля 2014 г.. Получено 10 декабря 2015.
  18. ^ Лю, Хунъин; Венг, Линъянь; Ян, Чи (2017-03-28). «Обзор электрохимических сенсоров на основе наноматериалов для H2O2, H2S и NO внутри клеток или выделяемых клетками». Microchimica Acta. 184 (5): 1267–1283. Дои:10.1007 / s00604-017-2179-2. ISSN  0026-3672. S2CID  21308802.
  19. ^ Веллер, Ричард, Может ли солнце быть полезным для вашего сердца? TedxGlasgow. Снято в марте 2012 г., опубликовано в январе 2013 г.
  20. ^ Росзер, Т. (2012) Биология субклеточного оксида азота. ISBN  978-94-007-2818-9
  21. ^ а б Perez, Krystle M .; Лафон, Мэтью (ноябрь 2015 г.). «Силденафил у доношенных и недоношенных детей: систематический обзор». Клиническая терапия. 37 (11): 2598–2607.e1. Дои:10.1016 / j.clinthera.2015.07.019. ISSN  0149-2918. PMID  26490498.
  22. ^ а б c Страйер, Люберт (1995). Биохимия, 4-е издание. W.H. Фримен и компания. п. 732. ISBN  978-0-7167-2009-6.
  23. ^ а б c Т., Хэнкок, Джон (2010). Передача сигналов клетки (3-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN  9780199232109. OCLC  444336556.
  24. ^ Сабо, Чаба; Колетта, Чиро; Чао, Селия; Модис, Каталин; Щесны, Бартош; Папапетропулос, Андреас; Хельмич, Марк Р. (23.07.2013). «Полученный из опухоли сероводород, продуцируемый цистатионин-β-синтазой, стимулирует биоэнергетику, пролиферацию клеток и ангиогенез при раке толстой кишки». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 110 (30): 12474–12479. Bibcode:2013ПНАС..11012474С. Дои:10.1073 / pnas.1306241110. ISSN  1091-6490. ЧВК  3725060. PMID  23836652.
  25. ^ Алтаани, Заид; Ян, Гуандун; Ван, Руи (июль 2013 г.). «Перекрестные помехи между сероводородом и оксидом азота в эндотелиальных клетках». Журнал клеточной и молекулярной медицины. 17 (7): 879–888. Дои:10.1111 / jcmm.12077. ISSN  1582-4934. ЧВК  3822893. PMID  23742697.
  26. ^ "Оксид азота". Национальный институт охраны труда и здоровья. Получено 2015-11-20.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка