Oxid nitric (I)

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 2 iulie 2022; verificările necesită 6 modificări .
Oxid nitric (I).


General

Nume sistematic
Oxinitrură de azot (I).
Chim. formulă N2O _ _
Proprietăți fizice
Stat gaz incolor
Masă molară 44,0128 g/ mol
Densitate 1,98 g/l (la n.a.)
Energie de ionizare 12,89 ± 0,01 eV [1]
Proprietati termice
Temperatura
 •  topirea -90,86°C
 •  fierbere -88,48°C
 • descompunere peste +500 °C
Presiunea aburului 51,3 ± 0,1 atm [1]
Clasificare
Reg. numar CAS 10024-97-2
PubChem
Reg. numărul EINECS 233-032-0
ZÂMBETE   N#[N+][O-]
InChI   InChl=1S/N20/c1-2-3GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N
Codex Alimentarius E942
RTECS QX1350000
CHEBI 17045
ChemSpider
Siguranță
Pictograme GHS Pictograma „Flacără peste cerc” a sistemului CGS
NFPA 704 NFPA 704 diamant în patru culori 0 2 0BOU
Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel.
 Fișiere media la Wikimedia Commons

Protoxidul de azot (I) ( protoxid de azot , protoxid de azot , gaz de râs ) este un compus cu formula chimică N 2 O. Denumit uneori „gaz de râs” din cauza efectului intoxicant pe care îl produce prin accese de râs. În condiții normale, este un gaz incolor, neinflamabil , cu miros și gust plăcut dulceag .

Protoxidul de azot este al treilea cel mai important gaz cu efect de seră cu viață lungă , a cărui acumulare în atmosfera Pământului este una dintre cauzele încălzirii globale , deoarece N 2 O este o substanță care distruge ozonul stratosferic [2] .

Istorie

A fost obținut pentru prima dată în 1772 de Joseph Priestley , care l-a numit „ aer azotat deflogistic[3] . În 1799 a fost investigat de G. Davy .

Structura moleculei

Structura moleculei de oxid nitric(I) este descrisă prin următoarele forme de rezonanță:

Cea mai mare contribuție o are forma N-oxid a oxidului nitric (I). Ordinul de obligațiuni NN este estimat la 2,73, Ordinul de obligațiuni NO la 1,61. Structura de rezonanță cu posibilitatea de aranjare opusă a sarcinilor în molecula de N 2 O determină momentul de dipol scăzut al moleculei, egal cu 0,161 D.

Proprietăți fizice

Gaz incolor , mai greu decât aerul ( densitate relativă 1,527), cu un miros dulce caracteristic . Să dizolvăm în apă ( 0,6 volume de N 2 O în 1 volum de apă la 25 °C , sau 0,15 g/100 ml apă la 15 °C ), vom dizolva și în alcool etilic, eter, sulfuric acid. La 0 °C și o presiune de 30 atm , precum și la temperatura camerei și o presiune de 40 atm , se condensează într-un lichid incolor . Din 1 kg de protoxid de azot lichid se formează 500 de litri de gaz. Molecula de protoxid de azot are un moment dipol de 0,161 D , indicele de refracție în formă lichidă este de 1,330 (pentru lumina galbenă cu o lungime de undă de 589 nm ). Presiunea de vapori a N 2 O lichid la 20 ° C este de 5150 kPa .

Proprietăți chimice

Se referă la oxizi care nu formează sare , nu interacționează cu apa, cu soluții de alcalii și acizi. Nu se aprinde, dar susține arderea: o torță mocnitoare, coborâtă în ea, se aprinde, ca în oxigenul pur. Amestecuri cu eter , ciclopropan , cloretan în anumite concentraţii sunt explozive . Oxidul nitric (I) este o substanță care epuizează stratul de ozon și, de asemenea, un gaz cu efect de seră . În condiții normale, N 2 O este inert chimic; atunci când este încălzit, prezintă proprietățile unui agent oxidant:

Când interacționează cu agenți oxidanți puternici, N 2 O poate prezenta proprietățile unui agent reducător:

Când este încălzit peste +500°CN 2 O se descompune:

Oxidul nitric (I) reacționează cu amidele metalice pentru a forma azidele anorganice corespunzătoare :

La reacția cu amoniacul deasupra catalizatorului, se formează azidă de amoniu :

Obținerea

Oxidul nitric (I) se obține prin încălzire atentă (pericol de descompunere explozivă!) a nitratului de amoniu uscat :

O modalitate mai convenabilă este să încălziți acidul sulfamic cu 73% acid azotic :

De asemenea, una dintre modalitățile convenabile și sigure de a obține oxid nitric (I) este reacția unei soluții de clorhidrat de hidroxilamină cu o soluție de nitrit de sodiu :

În industria chimică, protoxidul de azot este un produs secundar, iar convertoarele catalitice sunt folosite pentru a-l distruge, deoarece izolarea ca produs comercial nu este de obicei fezabilă din punct de vedere economic.

Semnificație biologică

Protoxidul de azot se formează atât prin reducerea enzimatică , cât și neenzimatică din oxidul de azot (II) [4] . În experimente in vitro s-a constatat că protoxidul de azot se formează prin reacția dintre oxidul nitric (II) și tiol sau compușii care conțin tiol [5] . Se raportează că formarea de N 2 O din oxid nitric a fost găsită în citosolul hepatocitelor , ceea ce sugerează posibila formare a acestui gaz în celulele mamiferelor în condiții fiziologice [6] . În organismul bacteriilor , protoxidul de azot se formează în timpul procesului de denitrificare , catalizat de nitrooxid reductază. Anterior, se credea că acest proces este specific unor specii bacteriene și absent la mamifere, dar noi dovezi sugerează că nu este cazul. S-a demonstrat că concentrațiile relevante din punct de vedere fiziologic de protoxid de azot inhibă atât curenții ionici, cât și procesele neurodegenerative mediate de excitotoxicitate care apar atunci când receptorii NMDA sunt supraexcitați [7] . De asemenea, protoxidul de azot inhibă biosinteza metioninei , inhibând activitatea metionin sintetazei și viteza de conversie a homocisteinei în metionină și crescând concentrația de homocisteină în culturile de limfocite [8] și în biopsiile hepatice umane [9] . Deși protoxidul de azot nu este un ligand pentru hem și nu reacționează cu grupările tiol, se găsește în structurile interne ale proteinelor care conțin hem, cum ar fi hemoglobina , mioglobina , citocrom oxidaza [10] . Capacitatea protoxidului de azot de a modifica în mod necovalent și reversibil structura și funcțiile proteinelor care conțin hem a fost demonstrată printr-un studiu al deplasării spectrului infraroșu al grupărilor tiol ale cisteinelor hemoglobinei [11] și prin faptul că protoxidul de azot este capabil să inhibe parțial și reversibil funcția citocrom oxidazei C [12] . Mecanismele exacte ale acestei interacțiuni necovalente a protoxidului de azot cu proteinele care conțin hem și semnificația biologică a acestui fenomen merită cercetări suplimentare. În prezent pare posibil ca protoxidul de azot endogen să fie implicat în reglarea activității NMDA [7] și a sistemului opioid [13] [14] . Are proprietăți neurotoxice .

Aplicație

Există două tipuri de protoxid de azot - alimentar sau medical de uz medical (grad înalt de purificare) și oxid de dinazot tehnic - tehnic, care conține impurități, a căror cantitate este indicată în condițiile tehnice relevante (TU) pentru acest gaz. . Protoxidul de azot „medical” este folosit în primul rând ca anestezic pentru inhalare și este, de asemenea, utilizat în industria alimentară (de exemplu, pentru a face frișcă ) ca propulsor . Ca produs alimentar, are un indice de E942 . De asemenea, uneori folosit pentru a îmbunătăți performanța motoarelor cu ardere internă . Este folosit în industrie ca propulsor și gaz de ambalare. Poate fi folosit în motoarele de rachete ca oxidant și, de asemenea, ca singurul propulsor în motoarele de rachete monopropulsante .

Mijloace pentru anestezia prin inhalare

Concentrațiile mici de protoxid de azot provoacă o intoxicație ușoară (de unde și numele - „gazul de râs”). Când se inhalează gaz pur, se dezvoltă rapid o stare de ebrietate și somnolență. Protoxidul de azot are o activitate narcotică slabă și, prin urmare, este utilizat în medicină în concentrații mari. Într-un amestec cu oxigen la doza corectă (până la 80% protoxid de azot) provoacă anestezie chirurgicală . Este adesea folosită anestezia combinată, în care protoxidul de azot este combinat cu alte anestezice, analgezice , relaxante musculare etc. De exemplu, anestezia combinată cu protoxid de azot și hexenal este utilizată cu analgezia fentanil și relaxarea musculară cu ditilină .

Protoxidul de azot, destinat uzului medical (foarte purificat de impurități), nu provoacă iritații ale căilor respiratorii. Fiind în proces de inhalare dizolvat în plasma sanguină, practic nu se modifică și nu este metabolizat, nu se leagă de hemoglobină . După încetarea inhalării, este excretat (în decurs de 10-15 minute) prin tractul respirator nemodificat. Timpul de înjumătățire  este de 5 minute.

Protoxidul de azot este utilizat pentru anestezia prin inhalare în chirurgie , este convenabil pentru anestezia de scurtă durată (și anestezia rotundă ) în stomatologia chirurgicală, precum și pentru ameliorarea durerii în travaliu (deoarece are un efect redus asupra travaliului și nu este toxic pentru făt ). ).

Se obține un amestec de protoxid de azot și oxigen și se aplică direct folosind mașini speciale de anestezie. De obicei, începeți cu un amestec care conține 70-80% protoxid de azot și 30-20% oxigen, apoi creșteți cantitatea de oxigen la 40-50% . Dacă nu este posibilă obținerea adâncimii necesare a anesteziei, la o concentrație de protoxid de azot de 70-75%, se adaugă medicamente mai puternice: halotan , dietil eter , barbiturice .

Pentru o relaxare mai completă a mușchilor , se folosesc relaxante musculare , în timp ce nu numai relaxarea musculară crește, dar se îmbunătățește și cursul anesteziei.

După oprirea furnizării de protoxid de azot, oxigenul trebuie continuat timp de 4-5 minute pentru a evita hipoxia .

Este necesar să se utilizeze protoxid de azot, precum și orice agent pentru anestezie, cu prudență, în special cu hipoxie severă și difuzie afectată a gazelor în plămâni.

Pentru anestezia nașterii, metoda autoanalgeziei intermitente este utilizată cu furnizarea unui amestec de protoxid de azot (75%) și oxigen folosind mașini speciale de anestezie. Femeia aflată în travaliu începe să inspire amestecul când apar vestigii contracției și încheie inhalarea la înălțimea contracției sau la sfârșitul acesteia.

Pentru a reduce excitarea emoțională, pentru a preveni greața și vărsăturile și pentru a potența acțiunea protoxidului de azot, premedicația este posibilă prin administrarea intramusculară a unei soluții de diazepam 0,5% ( seduxen , sibazon ) în cantitate de 1-2 ml (5-10 mg). .

Forma de eliberare: în butelii metalice cu o capacitate de 10 litri la o presiune de 50 atm în stare lichefiată. Cilindrii sunt vopsiți cu gri și au inscripția „De uz medical”.

Odată cu utilizarea protoxidului de azot pentru anestezie și nivelurile limită ale vitaminei B12 , se dezvoltă polineuropatia , cauzată de deficiența de B12 [15] [16] . Este necesară terapia cu folati și B12.

În motoarele cu ardere internă

Protoxidul de azot este uneori folosit pentru a îmbunătăți performanța motoarelor cu ardere internă . În cazul aplicațiilor auto, substanța de protoxid de azot și combustibilul sunt injectate în galeria de admisie (de aspirație) a motorului, rezultând următoarele rezultate:

În motoarele cu reacție

Uneori folosit ca oxidant în combustibili cu un singur propulsor cu etan , etilenă sau acetilenă ca combustibil.

În industria alimentară

În industria alimentară, compusul este înregistrat ca aditiv alimentar E942 , ca propulsor și gaz de ambalare (previne deteriorarea produsului). Protoxidul de azot este folosit în primul rând pentru pulverizarea alimentelor.

Note

  1. 1 2 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0465.html
  2. Thompson, R. L., Lassaletta, L., Patra, P. K. et al. Accelerarea emisiilor globale de N2O observată după două decenii de inversiune atmosferică. — Nat. Clim. Chang. (2019) doi:10.1038/s41558-019-0613-7
  3. Joseph Priestly . Experimente și observații pe diferite tipuri de aer . — Vol. 1. - 1775.
  4. Neil Hogg, Ravinder J. Singh, B. Kalyanaraman. Rolul glutationului în transportul și catabolismul oxidului nitric  // Scrisori  FEBS : jurnal. - 1996. - 18 martie ( vol. 382 , ​​nr. 3 ). - P. 223-228 . - doi : 10.1016/0014-5793(96)00086-5 . — PMID 8605974 .
  5. DeMaster EG, Quast BJ, Redfern B., Nagasawa HT. Reacția oxidului de azot cu grupul sulfhidril liber al albuminei serice umane dă un acid sulfenic și oxid de azot  (engleză)  // Biochimie : jurnal. - 1995. - 12 septembrie ( vol. 34 , nr. 36 ). - P. 11494-11499 . — PMID 7547878 .
  6. Jinjoo Hyun, Gautam Chaudhuri, Jon M. Fukuto. Metabolismul reducător al oxidului nitric în hepatocite: posibilă interacțiune cu tiolii   // Metabolismul și eliminarea medicamentelor : jurnal. - 1999. - 1 septembrie ( vol. 27 , nr. 9 ). - P. 1005-1009 . — PMID 10460799 .
  7. 1 2 Jevtović-Todorović V., Todorović SM, Mennerick S., Powell S., Dikranian K., Benshoff N., Zorumski CF, Olney JW. Protoxidul de azot (gazul râd) este un antagonist NMDA, neuroprotector și neurotoxină  (engleză)  // Nat. Med.  : jurnal. - 1998. - Aprilie ( vol. 4 , nr. 4 ). - P. 460-463 . — PMID 9546794 .
  8. Christensen B., Refsum H., Garras A., Ueland PM. Remetilarea homocisteinei în timpul expunerii la protoxid de azot a celulelor cultivate în medii care conțin diferite concentrații de folați  // J Pharmacol Exp Ther  . : jurnal. - 1992. - iunie ( vol. 261 , nr. 3 ). - P. 1096-1105 . — PMID 1602376 .
  9. Koblin DD, Waskell L., Watson JE, Stokstad EL, Eger EI 2nd. Protoxidul de azot inactivează metionin sintetaza în ficatul uman  (engleză)  // Anesth Analg : jurnal. - 1982. - Februarie ( vol. 61 , nr. 2 ). - P. 75-78 . — PMID 7198880 .
  10. Vijaya Sampath, Xiao-Jian Zhao și Winslow S. Caughey. Interacțiuni de tip anestezic ale oxidului nitric cu albumina și hemeproteinele. Un mecanism de control al funcției proteinelor  (engleză)  // The Journal of Biological Chemistry  : jurnal. - 2001. - 27 aprilie ( vol. 276 , nr. 17 ). - P. 13635-13643 . - doi : 10.1074/jbc.M006588200 . — PMID 11278308 .
  11. Aichun Dong, Ping Huang, Xiao-Jian Zhao, Vijaya Sampath și Winslow S. Caughey. Caracterizarea locurilor ocupate de oxideoscopia de azot anestezic în proteine ​​prin spectru infraroșu  (engleză)  // The Journal of Biological Chemistry: journal. - 1994. - 30 septembrie ( vol. 269 , nr. 39 ). - P. 23911-23917 . — PMID 7929038 .
  12. Olof Einarsdottir, Winslow S. Caughey. Interacțiuni ale protoxidului de azot anestezic cu citocrom c oxidaza inimii bovine. Efecte asupra structurii proteinei, a activității oxidazei și a altor proprietăți  (engleză)  // Jurnalul de chimie biologică: jurnal. - 1988. - 5 iulie ( vol. 263 , nr. 19 ). - P. 9199-9205 . — PMID 2837481 .
  13. Gillman MA, Lichtigfeld FJ. Protoxidul de azot acționează direct asupra  receptorului mu opioid //  Anestezie : jurnal. Lippincott Williams & Wilkins, 1985. - Martie ( vol. 62 , nr. 3 ). - P. 375-376 . — PMID 2983587 .
  14. Gillman MA, Lichtigfeld FJ. O comparație a efectelor sulfatului de morfină și analgeziei protoxidului de azot asupra stărilor de durere cronică la om  // J Neurol  Sci : jurnal. - 1981. - ianuarie ( vol. 49 , nr. 1 ). - P. 41-45 . — PMID 7205318 .
  15. I Chanarin. Cobalamine și protoxid de azot: o revizuire  // Journal of Clinical Pathology. — 1980-10. - T. 33 , nr. 10 . - S. 909-916 . — ISSN 0021-9746 .
  16. R.B. Layzer. Mieloneuropatie după expunere prelungită la protoxid de azot  // The Lancet . — Elsevier , 09.12.1978. - T. 2 , nr. 8102 . - S. 1227-1230 . — ISSN 0140-6736 . Arhivat din original pe 14 aprilie 2019.

Literatură