一氧化氮
| 一氧化氮 | |||
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| IUPAC名 Nitric oxide[1] | |||
| 系统名 Oxidonitrogen(•)[2] (additive) | |||
| 别名 | 氧化氮(II) | ||
| 识别 | |||
| CAS号 | 10102-43-9 
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| PubChem | 145068 | ||
| ChemSpider | 127983 | ||
| SMILES |
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| InChI |
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| 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（水） | 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 | |||
| ΔfHm⦵298K | 91.29 kJ/mol | ||
| S⦵298K | 210.76 J/(K·mol) | ||
| 药理学 | |||
| ATC代码 | R07AX01（R07） | ||
| 药品许可证 | |||
| 给药途径 | 吸入 | ||
| 药代动力学： | |||
| 好 | |||
| 肺毛细血管床 | |||
| 2至6秒 | |||
| 危险性 | |||
GHS危险性符号    [3][4]
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| 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）
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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。 | |||
一氧化氮是一种无色气体，化学式为NO[6]，是氮的主要氧化物之一。它既是一种自由基，具有一个不成對電子。也是一种异核双原子分子，人们对这类分子的研究促进了早期现代分子轨道理论的发展[7]。
一氧化氮是化学工业中的一个重要的反应中间体，其既可以在燃烧系统中形成，也可以通过雷电在雷暴中产生。一氧化氮作为一种信号分子，参与了包括人类在内的哺乳动物的多种生理和病理过程[8]。其曾被评为1992年的“年度分子”[9]。一氧化氮的影响不仅限于生物学领域，它在医学和工业领域也有广泛应用。例如，一氧化氮被用于开发治疗男性勃起功能障碍的药物西地那非（俗称伟哥），并在半导体制造中发挥作用[10][11]。
一氧化氮不应与二氧化氮和一氧化二氮（俗称笑气）相混淆，前者是一种红棕色顺磁性气体，是主要的大气污染物；后者则是一种具有轻微麻醉作用的无色气体[7]。
作用
[编辑]一氧化氮起信号分子作用。[12]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。[13]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。[14]
越來越多研究表明一氧化氮可以調節血管的各種生理功能，如舒張及抗血栓形成等，是維持血管健康的重要因子[15][16]。当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。[17]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型降解来增强一氧化氮通路下游的信号，舒张血管。[18]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。[19][20]
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[21]。
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癌细胞繁殖，阻止肿瘤细胞扩散。
结构
[编辑]一氧化氮为双原子分子，分子构型为直线型。一氧化氮中，氮与氧之间形成一條σ键、一條雙电子π键与一條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：
- (σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p)4(π2p*)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，固體有少量之：
- 2 NO → (NO)₂
(NO)₂的结构为氧＝氮－氮＝氧，分子为平面型，属C2v点群[22]。
性质
[编辑]还原
[编辑]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
[编辑]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種反应：
- Fe²⁺＋NO＋5H₂O → [Fe(H₂O)₅NO]²⁺
生物活性
[编辑]- 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
[编辑]工业以奥斯特瓦尔德法生產一氧化氮，铂催化氨在750至900°C（通常为850°C）氧化生成：
- 4 NH₃＋5 O₂ ⇌ 4 NO＋6 H₂O
氧和氮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
[编辑]- 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。
參考資料
[编辑]- ^ 存档副本. [2021-07-10]. （原始内容存档于2021-07-28）.
- ^ 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）.
- ^ 3.0 3.1 3.2 Nitrogen monoxide - Registration Dossier - ECHA. [2020-11-02].
- ^ 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）.
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