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一氧化氮

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一氧化氮
显示两个孤对键和一个三电子键的骨架式
一氧化氮的空间填充模型
IUPAC名
Nitric oxide[1]
系统名
Oxidonitrogen(•)[2] (additive)
别名 氧化氮(II)
识别
CAS号 10102-43-9  checkY
PubChem 145068
ChemSpider 127983
SMILES
 
  • [N]=O
InChI
 
  • 1/NO/c1-2
InChIKey MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYAI
Gmelin 451
3DMet B00122
UN编号 1660
EINECS 233-271-0
ChEBI 16480
RTECS QX0525000
DrugBank DB00435
KEGG D00074
IUPHAR配体 2509
性质
化学式 NO
摩尔质量 30.01 g·mol−1
外观 无色气体
密度 1.3402 g/L
熔点 −164 °C(109 K)
沸点 −152 °C(121 K)
溶解性 0.0098 g / 100 ml (0 °C)
0.0056 g / 100 ml (20 °C)
折光度n
D
1.0002697
结构
分子构型 线形
热力学
ΔfHm298K 91.29 kJ/mol
S298K 210.76 J/(K·mol)
药理学
ATC代码 R07AX01R07
药品许可证
给药途径 吸入
药代动力学
肺毛细血管床
2至6秒
危险性
GHS危险性符号
《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中高压气体的标签图案《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中氧化性物质的标签图案《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中腐蚀性物质的标签图案《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中有毒物质的标签图案[3][4]
GHS提示词 Danger
H-术语 H270, H280, H330, H314[3][4]
P-术语 P244, P260, P220, P280, P304+340, P303+361+353, P305+351+338, P370+376, P403, P405[3][4]
主要危害 吸入致命、造成严重烧伤、造成眼睛损伤、对呼吸道有腐蚀性[4]
NFPA 704
0
3
3
OX
致死量或浓度:
LC50中位浓度
315 ppm(兔子,15 min
854 ppm (大鼠, 4 h
2500 ppm(小鼠,12 min)[5]
LCLo最低
320 ppm (小鼠)[5]
相关物质
相关氮氧化物 五氧化二氮
四氧化二氮
三氧化二氮
二氧化氮
一氧化二氮
次硝酸
羟胺
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

一氧化氮的化合物,化学式NO,分子量30,氮化合价+2,是无色、无味、难溶于水的有毒气体。一氧化氮是自由基,化学性质非常活泼。有顺磁性。与反应可形成腐蚀气体二氧化氮(NO₂)。标准状况下为无色气体,液态、固态呈蓝色。

作用

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一氧化氮起信号分子作用。[6]它是脊椎动物的关键讯息传递分子,在各种生物过程中发挥作用。[7]它是几乎所有生物的生物产品,包括细菌、植物、真菌和动物细胞。[8]

内皮要向肌肉发出放松指令以促进血液流通时,它就会产生一些一氧化氮分子,这些分子很小,能很易穿过细胞膜。血管周围的平滑肌细胞接收信号后舒张,使血管扩张并增加血流量。[9]西地那非是使用一氧化氮途径的药物。它并不产生一氧化氮,但它通过保护环磷酸鸟苷免受海绵体内cGMP特异性磷酸二酯酶5型英语cGMP-specific phosphodiesterase type 5降解来增强一氧化氮通路下游的信号,舒张血管[10]另一种信号分子,硫化氢与一氧化氮一起以协同方式诱导血管舒张和血管生成。[11][12]

机体饥饿状态下,一氧化氮对肝脏中脂肪代谢起着关键调控作用,其合成受阻会导致肝脏脂肪病变[13]

一氧化氮也能在神经系统的细胞中发挥作用。它对周围神经末梢或许有所作用。

免疫系统产生的一氧化氮分子,不仅能抗击侵入人体的微生物,而且还能在一定程度阻止细胞繁殖,阻止肿瘤细胞扩散。

结构

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一氧化氮为双原子分子分子构型为直线型。一氧化氮中,氮与氧之间形成一条σ键、一条双电子π键与一条3电子π键。氮氧间键级为2.5,氮与氧各有一对孤对电子。有11粒价电子,是奇电子分子,顺磁分子轨道式:

1s)21s*)22s)22s*)22p)22p)42p*)1

反键轨道上(π2p*)1易失去生成亚硝酰阳离子NO+

2 NO+Cl₂ → 2 NOCl

可二聚生成(NO)₂,固体有少量之:

2 NO → (NO)₂

(NO)₂的结构为氧=氮-氮=氧,分子为平面型,属C2v点群[14]

性质

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还原

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一氧化氮易氧化生成二氧化氮,一氧化氮在空气中很快会由氧氧化成红棕色二氧化氮。工业用此法生产硝酸。

2 NO+O₂ → 2 NO₂

配位

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孤对电子使一氧化氮易与金属离子形成配合物。可与血红蛋白结合,使人窒息中毒。

如一氧化氮可与Fe²⁺/Fe(II)生成棕色亚硝酰亚铁离子,称为棕环反应,为检验亚铁离子的一种反应:

Fe²⁺+NO+5H₂O → [Fe(H₂O)₅NO]²⁺

NO可与过渡金属以端基、边桥基面桥基形式配位

生物活性

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  • 心血管中,一氧化氮对维持血管张力的恒定与调节血压稳定起重要作用。硝酸甘油治疗心绞痛正是由于其在体内转化成NO,扩张血管。
  • 免疫系统中,NO起杀伤细菌、病毒、肿瘤细胞的作用。
  • 神经系统中,一氧化氮促进学习、记忆过程,并可调节脑血流。
  • 肝脏代谢中,一氧化氮对饥饿状态下肝脏中自由脂肪酸氧化起着关键调控作用。

生产与制备

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工业以奥斯特瓦尔德法生产一氧化氮,催化在750至900°C(通常为850°C)氧化生成:

4 NH₃+5 O₂ ⇌ 4 NO+6 H₂O

的未催化吸热反应在自然界由高温(>2000°C)与闪电实现,并没有发展为一种实际的工业合成方法(伯克兰-艾德法):

N₂+O₂ → 2 NO

实验室

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实验室用与稀硝酸共热制取一氧化氮:

3 Cu+8 HNO₃ → 3 Cu(NO₃)₂+2 NO↑+4H₂O

另一种途径是以亚硝酸盐形式还原亚硝酸:

2 NaNO₂+2 NaI+2 H₂SO₄ → I₂+2 Na₂SO₄+2 H₂O+2 NO↑
2 NaNO₂+2 FeSO₄+3 H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃+2 NaHSO₄+2 H₂O+2 NO↑
3 KNO₂+KNO₃+Cr₂O₃ → 2 K₂CrO₄+4 NO↑

硫酸亚铁路线简单,有用于本科实验室。NONOate化合物也可用于制取一氧化氮。

参考资料

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  1. ^ 存档副本. [2021-07-10]. (原始内容存档于2021-07-28). 
  2. ^ Nitric Oxide (CHEBI:16480). Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI). UK: European Bioinformatics Institute. [2021-07-10]. (原始内容存档于2011-05-11). 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Nitrogen monoxide - Registration Dossier - ECHA. [2020-11-02]. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Safety Data Sheet - Nitric Oxide, compressed - Registration Dossier (PDF). [2020-11-02]. (原始内容 (PDF)存档于2021-06-28). 
  5. ^ 5.0 5.1 Nitric oxide. Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). 
  6. ^ Liu, Hongying; Weng, Lingyan; Yang, Chi. A review on nanomaterial-based electrochemical sensors for H2O2, H2S and NO inside cells or released by cells. Microchimica Acta. 2017-03-28, 184 (5): 1267–1283. ISSN 0026-3672. S2CID 21308802. doi:10.1007/s00604-017-2179-2. 
  7. ^ Weller, Richard, Could the sun be good for your heart?页面存档备份,存于互联网档案馆) TedxGlasgow. Filmed March 2012, posted January 2013
  8. ^ Roszer, T (2012) The Biology of Subcellular Nitric Oxide. ISBN 978-94-007-2818-9
  9. ^ Stryer, Lubert. Biochemistry, 4th Edition. W.H. Freeman and Company. 1995: 732. ISBN 978-0-7167-2009-6. 
  10. ^ Perez, Krystle M.; Laughon, Matthew. Sildenafil in Term and Premature Infants: A Systematic Review. Clinical Therapeutics. November 2015, 37 (11): 2598–2607.e1. ISSN 0149-2918. PMID 26490498. doi:10.1016/j.clinthera.2015.07.019. 
  11. ^ Szabo, Csaba; Coletta, Ciro; Chao, Celia; Módis, Katalin; Szczesny, Bartosz; Papapetropoulos, Andreas; Hellmich, Mark R. Tumor-derived hydrogen sulfide, produced by cystathionine-β-synthase, stimulates bioenergetics, cell proliferation, and angiogenesis in colon cancer. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2013-07-23, 110 (30): 12474–12479. Bibcode:2013PNAS..11012474S. ISSN 1091-6490. PMC 3725060可免费查阅. PMID 23836652. doi:10.1073/pnas.1306241110. 
  12. ^ Altaany, Zaid; Yang, Guangdong; Wang, Rui. Crosstalk between hydrogen sulfide and nitric oxide in endothelial cells. Journal of Cellular and Molecular Medicine. July 2013, 17 (7): 879–888. ISSN 1582-4934. PMC 3822893可免费查阅. PMID 23742697. doi:10.1111/jcmm.12077. 
  13. ^ Gu, Qilin; Yang, Xiaojie; Lin, Li; Li, Shaoyang; Li, Qing; Zhong, Shan; Peng, Jinrong; Cui, Zongbin. Genetic ablation of solute carrier family 7a3a leads to hepatic steatosis in zebrafish during fasting. Hepatology. 2014-12, 60 (6): 1929–1941. ISSN 0270-9139. doi:10.1002/hep.27356 (英语). 
  14. ^ 麦松威,周公度,李伟基。高等无机结构化学。pp. 471-472