Оксид азота

Оксид азота (оксид азота или монооксид азота) бесцветный газ с формулой N O. Это один из основных оксидов азота. Оксид азота представляет собой свободный радикал, т. Е. Имеет неспаренный электрон, который иногда обозначается точкой в его химической формуле (· N = O или · НЕТ). Оксид азота также является гетероядерной двухатомной молекулой, историческим классом, который привлек исследования, породившие ранние современные теории химической связи.

Важное промежуточное соединение в промышленной химии оксид азота образуется в системах сгорания и может образовываться молнией во время грозы. У млекопитающих, включая человека, оксид азота является сигнальной молекулой во многих физиологических и патологических процессах. Он был провозглашен «молекулой года » в 1992 году. Нобелевская премия по физиологии и медицине 1998 года была присуждена за открытие роли оксида азота в качестве сердечно-сосудистой сигнальной молекулы.

Оксид азота не следует путать с диоксидом азота (NO 2), коричневым газом и основным загрязнителем воздуха или с закись азота (N2O), анестетик.

Содержание

1 Реакции
- 1.1 С двух- и трехатомными молекулами
- 1.2 Органическая химия
- 1.3 Координационные комплексы
2 Производство и подготовка
- 2.1 Лабораторные методы
3 Обнаружение и анализ
4 Воздействие на окружающую среду
- 4.1 Выпадение кислотных дождей
- 4.2 Разрушение озона
- 4.3 Прекурсор NO 2
5 Биологические функции
6 Безопасность и гигиена труда
7 Ссылки
8 Дополнительная литература
9 Внешние ссылки

Реакции

с двух- и трехатомными молекулами

При конденсации в жидкость, оксид азота димеризуется до диоксида азота, но эта ассоциация слабая и обратимая. Расстояние N – N в кристаллическом NO составляет 218 пм, что почти в два раза больше расстояния N – O.

Поскольку теплота образования · NO эндотермическая, NO может разлагаться на элементы. Каталитические нейтрализаторы в автомобилях используют эту реакцию:

2 NO → O 2 + N 2.

При воздействии кислорода оксид азота превращается в диоксид азота :

2 NO + O 2 → 2 NO 2.

Предполагается, что это преобразование происходит через промежуточное соединение ONOONO.

В воде оксид азота реагирует с кислородом и водой с образованием азотистой кислоты (HNO 2). Считается, что реакция протекает по следующей стехиометрии :

4 NO + O 2 + 2 H 2 O → 4 HNO 2.

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

2 NO + Cl 2 → 2 NOCl.

С NO 2, также радикалом, NO объединяется с образованием ярко-синего триоксида азота :

NO + NO 2 ⇌ ON-NO 2.

Органическая химия

Добавление фрагмента оксида азота к другой молекуле часто называют нитрозилированием. Реакция Траубе представляет собой добавление двух эквивалентов оксида азота к еноляту с образованием диазенийдиолата (также называемого нитрозогидроксиламином). Продукт может подвергаться последующей ретро- альдольной реакции, давая общий процесс, аналогичный реакции галоформ. Например, оксид азота реагирует с ацетоном и алкоксидом с образованием диазениядиолата в каждом α-положении с последующей потерей метилацетата как побочный продукт :

Эта реакция, которая была открыта примерно в 1898 году, по-прежнему представляет интерес для исследований оксида азота пролекарства. Оксид азота может также непосредственно взаимодействовать с метоксидом натрия, в конечном итоге образуя формиат натрия и оксид азота посредством N-метоксидиазенийдиолата.

Координационные комплексы

Оксид азота реагирует с переходными металлами с образованием комплексов, называемых нитрозилами металлов. Наиболее распространенным способом связывания оксида азота является терминальный линейный тип (M-NO). 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 геометрических формах.

Производство и подготовка

В промышленных условиях оксид азота получают путем окисления аммиака при 750–900 ° C (обычно при 850 ° C). ° C) с платиной в качестве катализатора в процессе Оствальда :

4 NH 3 + 5 O 2 → 4 NO + 6 H 2O

Некатализируемая эндотермическая реакция кислорода (O2) и азота (N2), которая осуществляется при высокой температуре (>2000 ° C) молнией. не был разработан для практического коммерческого синтеза (см. процесс Биркеланда – Эйда ):

N2+ O 2 → 2 NO

Лабораторные методы

In В лаборатории оксид азота обычно получают путем восстановления разбавленной азотной кислоты с помощью меди :

8 HNO 3 + 3 Cu → 3 Cu (NO 3)2+ 4 H 2 O + 2 NO

Альтернативный путь включает восстановление азотистой кислоты в форме нитрита натрия или нитрита калия :

2 NaNO 2 + 2 NaI + 2 H 2SO4→ I 2 + 2 Na 2SO4+ 2 H 2 O + 2 NO

2 NaNO 2 + 2 FeSO 4 + 3 H 2SO4→ Fe 2 (SO 4)3+ 2 NaHSO 4 + 2 H 2 O + 2 NO

3 KNO 2 + KNO 3 + Cr 2O3→ 2 K 2 CrO 4 + 4 NO

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

Обнаружение и анализ

оксид азота (белый) в клетках хвойных, визуализированный с использованием DAF-2 DA (диаминофлуоресцеиндиацетат)

Концентрация оксида азота может быть определена с использованием хемилюминесцентная реакция с участием озона. Образец, содержащий оксид азота, смешан с большим количеством озона. Оксид азота реагирует с озоном с образованием кислорода и диоксида азота с испусканием света (хемилюминесценции ):

NO + O 3 → NO 2 + O 2 + hν

, которые могут быть измерены с помощью фотодетектора . Количество производимого света пропорционально количеству оксида азота в образце.

Другие методы испытаний включают в себя электроанализ (амперометрический подход), где · NO реагирует с электродом, вызывая изменение тока или напряжения. Обнаружение радикалов NO в биологических тканях особенно затруднено из-за короткого времени жизни и концентрации этих радикалов в тканях. Одним из немногих практических методов является захват спина оксида азота комплексами железо-дитиокарбамат и последующее обнаружение комплекса мононитрозил-железо с помощью электронного парамагнитного резонанса (EPR).

Существует группа индикаторов флуоресцентного красителя, которые также доступны в ацетилированной форме для внутриклеточных измерений. Наиболее распространенным соединением является (DAF-2).

Воздействие окружающей среды

Осаждение кислотного дождя

Оксид азота реагирует с гидропероксирадикалом (HO 2) с образованием диоксида азота (NO 2), который затем может реагировать с гидроксильным радикалом (OH ) с образованием азотной кислоты (HNO 3):

· NO + HO 2 → NO 2 + OH

· NO 2 + OH → HNO 3

Азотная кислота, наряду с серной кислотой, способствует осаждению кислотных дождей.

Разрушение озонового слоя

· NO участвует в истощении озонового слоя. Оксид азота реагирует со стратосферным озоном с образованием O 2 и диоксида азота:

· NO + O 3 → NO 2 + O 2

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

Прекурсор NO 2
Как видно из раздела «Кислотное осаждение», оксид азота может превращаться в диоксид азота (это может происходить с гидропероксирадикалом HO 2 или двухатомным кислородом O 2). Симптомы кратковременного воздействия диоксида азота включают тошноту, одышку и головную боль. Долгосрочные эффекты могут включать нарушение иммунной и респираторной функции.
Биологические функции
NO - газообразная сигнальная молекула. Это ключевой позвоночное биологический посредник, играющий роль во множестве биологических процессов. Это известный биопродукт почти всех типов организмов, от бактерий до растений, грибов и животных клеток.

Оксид азота, известный как релаксирующий фактор, производный от эндотелия (EDRF) биосинтезируется эндогенно из L-аргинина, кислорода и НАДФН различными синтазой оксида азота (NOS) ферментами. Восстановление неорганического нитрата также может служить для образования оксида азота. Одной из основных ферментативных мишеней оксида азота является гуанилциклаза. Связывание оксида азота с областью гема фермента приводит к активации в присутствии железа. 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 временной паракринной (между соседними клетками) и аутокринной (внутри одной клетки) сигнальной молекулы. Как только оксид азота превращается в нитраты и нитриты кислородом и водой, передача клеточных сигналов деактивируется.

эндотелий (внутренняя оболочка) кровеносных сосудов использует оксид азота для сигнализируют окружающим гладкой мускулатуре расслабиться, что приводит к расширению сосудов и увеличению кровотока. Силденафил (Виагра) является распространенным примером препарата, в котором используется азот оксидный путь. Силденафил не продуцирует оксид азота, но усиливает сигналы, которые находятся ниже по ходу пути оксида азота, защищая циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) от разложения цГМФ-специфической фосфодиэстеразой типа 5 ( PDE5) в кавернозном теле, что позволяет усилить сигнал и, таким образом, вазодилатацию. Другой эндогенный газообразный передатчик, сероводород (H 2S) взаимодействует с NO, вызывая вазодилатацию и ангиогенез совместно.
Безопасность и гигиена труда
В США Управление по охране труда (OSHA) установило законный предел (допустимый предел воздействия ) для воздействия оксида азота на рабочем месте как 25 частей на миллион (30 мг / м3) в течение 8 часов. Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) 25 ppm (30 мг / м3) в течение 8-часового рабочего дня. При уровне 100 ppm оксид азота немедленно опасен для жизни и здоровья.
Ссылки
Дополнительная литература
Батлер А. и Николсон Р. «Жизнь, смерть и НЕТ. " Cambridge 2003. ISBN 978-0-85404-686-7.
van Faassen, EE; Vanin, AF (eds); " Radicals для жизни: различные формы оксида азота. " Elsevier, Amsterdam 2007. ISBN 978-0-444-52236-8.
Игнарро, Л. Дж. (Ред.); «Оксид азота: биология и патобиология». Academic Press, San Diego 2000. ISBN 0-12-370420-0.
Внешние ссылки
Международная карта химической безопасности 1311
«Оксид азота и его роль в здоровье и диабете».
Микромасштабная химия газов: эксперименты с оксидами азота
Ваш мозг загружается, как компьютер - новое понимание биологической роли оксида азота.
Оценка потенциала оксида азота в диабетической стопе
Новые открытия в отношении оксида азота могут обеспечить лекарство от шизофрении
оксид азота в химической базе данных
«Концентрации, представляющие непосредственную опасность для жизни или здоровья (IDLH): оксид азота ". Национальный институт безопасности и гигиены труда.