Oxid dusnatý (I)

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 2. července 2022; kontroly vyžadují 6 úprav .
Oxid dusnatý (I).


Všeobecné
Systematický
název
Oxynitrid dusíku (I).
Chem. vzorec N2O _ _
Fyzikální vlastnosti
Stát bezbarvý plyn
Molární hmotnost 44,0128 g/ mol
Hustota 1,98 g/l (v n.a.)
Ionizační energie 12,89 ± 0,01 eV [1]
Tepelné vlastnosti
Teplota
 •  tání -90,86 °C
 •  vroucí -88,48 °C
 • rozklad nad +500 °C
Tlak páry 51,3 ± 0,1 atm [1]
Klasifikace
Reg. Číslo CAS 10024-97-2
PubChem
Reg. číslo EINECS 233-032-0
ÚSMĚVY   N#[N+][O-]
InChI   InChI=lS/N20/cl-2-3GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N
Codex Alimentarius E942
RTECS 1350000 QX
CHEBI 17045
ChemSpider
Bezpečnost
piktogramy GHS Piktogram "Plamen nad kruhem" systému ČGS
NFPA 704 NFPA 704 čtyřbarevný diamant 0 2 0VŮL
Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak.
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Oxid dusnatý (I) ( oxid dusný , oxid dusný , rajský plyn ) je sloučenina s chemickým vzorcem N 2 O. Někdy se nazývá „smějící se plyn“ kvůli opojnému účinku, který vyvolává při záchvatech smíchu. Za normálních podmínek je to bezbarvý, nehořlavý plyn s příjemnou nasládlou vůní a chutí .

Oxid dusný je třetím nejdůležitějším skleníkovým plynem s dlouhou životností , jehož akumulace v zemské atmosféře je jednou z příčin globálního oteplování , protože N 2 O je látka, která ničí stratosférický ozon [2] .

Historie

Poprvé byl získán v roce 1772 Josephem Priestleym , který jej nazval „ dephlogisticated nitrous air“ [3] . V roce 1799 ji prozkoumal G. Davy .

Struktura molekuly

Struktura molekuly oxidu dusnatého (I) je popsána následujícími rezonančními formami:

Největší přínos má N-oxidová forma oxidu dusnatého(I). Řád dluhopisů NN je odhadován na 2,73, řád dluhopisů NO na 1,61. Rezonanční struktura s možností opačného uspořádání nábojů v molekule N 2 O určuje nízký dipólový moment molekuly, rovný 0,161 D.

Fyzikální vlastnosti

Bezbarvý plyn, těžší než vzduch ( relativní hustota 1,527), s charakteristickou sladkou vůní . Rozpustíme ve vodě ( 0,6 objemu N 2 O v 1 objemu vody 25 °C , nebo 0,15 g/100 ml vody 15 °C ), rozpustíme i v etylalkoholu, éteru, sírové kyselina. Při 0 °C a tlaku 30 atm , stejně jako při pokojové teplotě a tlaku 40 atm , kondenzuje na bezbarvou kapalinu . Z 1 kg kapalného oxidu dusného vznikne 500 litrů plynu. Molekula oxidu dusného má dipólový moment 0,161 D , index lomu v kapalné formě je 1,330 (pro žluté světlo o vlnové délce 589 nm ). Tenze par kapalného N 2 O při 20 ° C je 5150 kPa .

Chemické vlastnosti

Týká se oxidů nevytvářejících soli , nereaguje s vodou, s roztoky zásad a kyselin. Nezapálí se, ale podporuje hoření: doutnající pochodeň, spuštěná do ní, se zapálí jako v čistém kyslíku. Směsi s etherem , cyklopropanem , chlorethanem v určitých koncentracích jsou výbušné . Oxid dusnatý (I) je látka poškozující ozonovou vrstvu a také skleníkový plyn . Za normálních podmínek je N 2 O chemicky inertní, při zahřátí vykazuje vlastnosti oxidačního činidla:

Při interakci se silnými oxidačními činidly může N2O vykazovat vlastnosti redukčního činidla :

Při zahřátí nad +500 °C se CN 2 O rozkládá:

Oxid dusnatý (I) reaguje s amidy kovů za vzniku odpovídajících anorganických azidů :

Při reakci s amoniakem nad katalyzátorem vzniká azid amonný :

Získání

Oxid dusnatý (I) se získává opatrným (nebezpečí výbušného rozkladu!) Zahříváním suchého dusičnanu amonného :

Pohodlnějším způsobem je zahřátí kyseliny sulfamové se 73% kyselinou dusičnou :

Jedním z pohodlných a bezpečných způsobů získání oxidu dusnatého (I) je také reakce roztoku hydrochloridu hydroxylaminu s roztokem dusitanu sodného :

V chemickém průmyslu je oxid dusný vedlejším produktem ak jeho zničení se používají katalytické konvertory, protože izolace jako komerční produkt obvykle není ekonomicky proveditelná.

Biologický význam

Oxid dusný vzniká enzymatickou i neenzymatickou redukcí z oxidu dusnatého (II) [4] . V experimentech in vitro bylo zjištěno, že oxid dusný vzniká reakcí mezi oxidem dusnatým (II) a thiolem nebo sloučeninami obsahujícími thiol [5] . Uvádí se, že tvorba N 2 O z oxidu dusnatého byla nalezena v cytosolu hepatocytů , což naznačuje možnou tvorbu tohoto plynu v savčích buňkách za fyziologických podmínek [6] . V těle bakterií vzniká oxid dusný při procesu denitrifikace , katalyzovaném nitrooxidreduktázou. Dříve se předpokládalo, že tento proces je specifický pro některé bakteriální druhy a chybí u savců, ale nové důkazy naznačují, že tomu tak není. Bylo prokázáno, že fyziologicky relevantní koncentrace oxidu dusného inhibují jak iontové proudy, tak neurodegenerativní procesy zprostředkované excitotoxicitou , ke kterým dochází při nadměrné excitaci NMDA receptorů [7] . Oxid dusný také inhibuje biosyntézu methioninu , inhibuje aktivitu methioninsyntetázy a rychlost přeměny homocysteinu na methionin a zvyšuje koncentraci homocysteinu v kulturách lymfocytů [8] a v biopsiích lidských jater [9] . Ačkoli oxid dusný není ligandem pro hem a nereaguje s thiolovými skupinami, nachází se ve vnitřních strukturách proteinů obsahujících hem, jako je hemoglobin , myoglobin , cytochromoxidáza [10] . Schopnost oxidu dusného nekovalentně, reverzibilně měnit strukturu a funkce proteinů obsahujících hem prokázala studie posunu infračervených spekter thiolových skupin hemoglobinových cysteinů [11] a skutečnost, že oxid dusný je schopný částečně a reverzibilně inhibovat funkci cytochrom oxidázy C [12] . Přesné mechanismy této nekovalentní interakce oxidu dusného s proteiny obsahujícími hem a biologický význam tohoto jevu si zaslouží další výzkum. V současnosti se zdá možné, že se endogenní oxid dusný podílí na regulaci aktivity NMDA [7] a opioidního systému [13] [14] . Má neurotoxické vlastnosti .

Aplikace

Existují dva druhy oxidu dusného – potravinářský nebo lékařský pro lékařské použití (vysoký stupeň čištění) a technický – technický oxid dusný, který obsahuje nečistoty, jejichž množství je uvedeno v příslušných technických podmínkách (TU) pro tento plyn. . "Lékařský" oxid dusný se používá především jako inhalační anestetikum a používá se také v potravinářském průmyslu (například k výrobě šlehačky ) jako hnací plyn . Jako potravinářský výrobek má index E942 . Někdy se také používá ke zlepšení výkonu spalovacích motorů . V průmyslu se používá jako hnací a balicí plyn. Může být použit v raketových motorech jako okysličovadlo a také jako jediná pohonná látka v jednopropelantových raketových motorech .

Prostředky pro inhalační anestezii

Malé koncentrace oxidu dusného způsobují mírnou intoxikaci (odtud název – „smějící se plyn“). Při vdechování čistého plynu se rychle rozvíjí stav opilosti a ospalosti. Oxid dusný má slabou narkotickou aktivitu, a proto se v lékařství používá ve vysokých koncentracích. Ve směsi s kyslíkem ve správném dávkování (až 80% oxidu dusného) způsobuje chirurgickou anestézii . Často se používá kombinovaná anestezie, při které je oxid dusný kombinován s jinými anestetiky, analgetiky , svalovými relaxancii atd. Například kombinovaná anestezie oxidem dusným a hexenalem se používá s fentanylovou analgezií a svalovou relaxací s dithylinem .

Oxid dusný, určený pro lékařské použití (vysoce očištěný od nečistot), nezpůsobuje podráždění dýchacích cest. Vzhledem k tomu, že je v procesu inhalace rozpuštěn v krevní plazmě, prakticky se nemění a není metabolizován, neváže se na hemoglobin . Po ukončení inhalace se vylučuje (během 10-15 minut) dýchacími cestami v nezměněné podobě. Poločas rozpadu  je 5 minut.

Oxid dusný se používá k inhalační anestezii v chirurgii , je vhodný pro krátkodobou anestezii (a kulatou anestezii ) v chirurgické stomatologii a také pro zmírnění porodních bolestí (protože má malý vliv na porod a je netoxický pro plod ).

Směs oxidu dusného a kyslíku se získává a přímo aplikuje pomocí speciálních anesteziologických přístrojů. Obvykle začínejte se směsí obsahující 70-80 % oxidu dusného a 30-20 % kyslíku, poté zvyšte množství kyslíku na 40-50 % . Pokud není možné dosáhnout požadované hloubky anestezie, při koncentraci oxidu dusného 70-75% se přidávají silnější léky: halothan , diethylether , barbituráty .

Pro úplnější uvolnění svalů se používají myorelaxancia , přičemž se nejen zvyšuje svalová relaxace, ale zlepšuje se i průběh anestezie.

Po zastavení dodávky oxidu dusného je třeba pokračovat v podávání kyslíku po dobu 4-5 minut , aby se zabránilo hypoxii .

Oxid dusný, stejně jako jakýkoli prostředek pro anestezii, je nutné používat opatrně, zejména při těžké hypoxii a zhoršené difúzi plynů v plicích.

Pro anestezii porodu se používá metoda intermitentní autoanalgezie s přívodem směsi oxidu dusného (75 %) a kyslíku pomocí speciálních anesteziologických přístrojů. Rodící žena začne směs vdechovat, když se objeví předzvěsti stahu a ukončí nádech ve výši stahu nebo na jeho konci.

Ke snížení emočního vzrušení, prevenci nevolnosti a zvracení a zesílení účinku oxidu dusného je možná premedikace intramuskulárním podáním 0,5% roztoku diazepamu ( seduxen , sibazon ) v množství 1-2 ml (5-10 mg). .

Uvolňovací forma: v kovových lahvích o objemu 10 litrů pod tlakem 50 atm ve zkapalněném stavu. Válce jsou natřeny šedou barvou a mají nápis "Pro lékařské použití".

S použitím oxidu dusného pro anestezii a hraničních hladin vitaminu B12 se rozvíjí polyneuropatie způsobená nedostatkem B12 [15] [16] . Je nutná folátová a B12 terapie.

U spalovacích motorů

Oxid dusný se někdy používá ke zlepšení výkonu spalovacích motorů . V případě automobilových aplikací se látka oxidu dusného a palivo vstřikují do sacího (sacího) potrubí motoru, což má za následek následující výsledky:

V proudových motorech

Někdy se používá jako okysličovadlo v palivech s jedním pohonem s ethanem , ethylenem nebo acetylenem jako palivem.

V potravinářském průmyslu

V potravinářském průmyslu je sloučenina registrována jako potravinářská přísada E942 , jako hnací plyn a obalový plyn (zabraňuje znehodnocení produktu). Oxid dusný se používá především pro postřik potravin.

Poznámky

  1. 1 2 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0465.html
  2. Thompson, R. L., Lassaletta, L., Patra, P. K. et al. Zrychlení globálních emisí N2O pozorované po dvou desetiletích atmosférické inverze. — Nat. Clim. Chang. (2019) doi:10.1038/s41558-019-0613-7
  3. Joseph Priestly . Experimenty a pozorování na různých druzích vzduchu . — Sv. 1. - 1775.
  4. Neil Hogg, Ravinder J. Singh, B. Kalyanaraman. Role glutathionu v transportu a katabolismu oxidu dusnatého  //  FEBS Letters : deník. - 1996. - 18. března ( sv. 382 , ​​​​č. 3 ). - str. 223-228 . - doi : 10.1016/0014-5793(96)00086-5 . — PMID 8605974 .
  5. DeMaster EG, Quast BJ, Redfern B., Nagasawa HT. Reakce oxidu dusnatého s volnou sulfhydrylovou skupinou lidského sérového albuminu poskytuje kyselinu sulfenovou a oxid dusný  (anglicky)  // Biochemistry: journal. - 1995. - 12. září ( roč. 34 , č. 36 ). - S. 11494-11499 . — PMID 7547878 .
  6. Jinjoo Hyun, Gautam Chaudhuri, Jon M. Fukuto. Redukční metabolismus oxidu dusnatého v hepatocytech: Možná interakce s thioly   // Metabolismus a dispozice léčiv : deník. - 1999. - 1. září ( roč. 27 , č. 9 ). - S. 1005-1009 . — PMID 10460799 .
  7. 1 2 Jevtović-Todorović V., Todorović SM, Mennerick S., Powell S., Dikranian K., Benshoff N., Zorumski CF, Olney JW. Oxid dusný (smějící se plyn) je antagonista NMDA, neuroprotektiv a neurotoxin  (anglicky)  // Nat. Med.  : deník. - 1998. - Duben ( díl 4 , č. 4 ). - str. 460-463 . — PMID 9546794 .
  8. Christensen B., Refsum H., Garras A., Ueland PM. Remethylace homocysteinu během expozice buněk oxidu dusného kultivovaných v médiích obsahujících různé koncentrace folátů  // J Pharmacol Exp Ther  . : deník. - 1992. - Červen ( roč. 261 , č. 3 ). - S. 1096-1105 . — PMID 1602376 .
  9. Koblin DD, Waskell L., Watson JE, Stokstad EL, Eger EI 2nd. Oxid dusný inaktivuje methionin syntetázu v lidských játrech  (anglicky)  // Anesth Analg : deník. - 1982. - únor ( roč. 61 , č. 2 ). - str. 75-78 . — PMID 7198880 .
  10. Vijaya Sampath, Xiao-Jian Zhao a Winslow S. Caughey. Anestetické interakce oxidu dusnatého s albuminem a hemeproteiny. Mechanismus pro kontrolu funkce proteinů  (anglicky)  // The Journal of Biological Chemistry  : journal. - 2001. - 27. dubna ( roč. 276 , č. 17 ). - S. 13635-13643 . - doi : 10.1074/jbc.M006588200 . — PMID 11278308 .
  11. Aichun Dong, Ping Huang, Xiao-Jian Zhao, Vijaya Sampath a Winslow S. Caughey. Charakterizace míst obsazených anestetikem oxidu dusného v proteinech pomocí infračerveného spektra  (anglicky)  // The Journal of Biological Chemistry : journal. - 1994. - 30. září ( roč. 269 , č. 39 ). - S. 23911-23917 . — PMID 7929038 .
  12. Olof Einarsdottir, Winslow S. Caughey. Interakce anestetika oxidu dusného s bovinní srdeční cytochrom c oxidázou. Účinky na strukturu proteinu, aktivitu oxidázy a další vlastnosti  (anglicky)  // The Journal of Biological Chemistry: journal. - 1988. - 5. července ( roč. 263 , č. 19 ). - S. 9199-9205 . — PMID 2837481 .
  13. Gillman MA, Lichtigfeld FJ. Oxid dusný působí přímo na mu opioidní  receptor //  Anesteziologie : deník. Lippincott Williams & Wilkins, 1985. - březen ( roč. 62 , č. 3 ). - str. 375-376 . — PMID 2983587 .
  14. Gillman MA, Lichtigfeld FJ. Srovnání účinků analgezie morfin sulfátu a oxidu dusného na chronické bolestivé stavy u člověka  // J Neurol  Sci : deník. - 1981. - Leden ( roč. 49 , č. 1 ). - str. 41-45 . — PMID 7205318 .
  15. Já Chanarin. Kobalaminy a oxid dusný: přehled  // Journal of Clinical Pathology. — 1980-10. - T. 33 , č.p. 10 . - S. 909-916 . — ISSN 0021-9746 .
  16. R.B. Layzer. Myeloneuropatie po dlouhodobé expozici oxidu dusnému  // The Lancet . — Elsevier , 1978-12-09. - T. 2 , ne. 8102 . - S. 1227-1230 . — ISSN 0140-6736 . Archivováno z originálu 14. dubna 2019.

Literatura