Typpioksidi (I)

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 2. heinäkuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 6 muokkausta .
Typpioksidi (I).


Kenraali
Systemaattinen
nimi
Typpioksinitridi (I).
Chem. kaava N2O _ _
Fyysiset ominaisuudet
Osavaltio väritön kaasu
Moolimassa 44,0128 g/ mol
Tiheys 1,98 g/l (n.a.)
Ionisaatioenergia 12,89 ± 0,01 eV [1]
Lämpöominaisuudet
Lämpötila
 •  sulaminen -90,86 °C
 •  kiehuva -88,48 °C
 • hajoaminen yli +500 °C
Höyryn paine 51,3 ± 0,1 atm [1]
Luokitus
Reg. CAS-numero 10024-97-2
PubChem
Reg. EINECS-numero 233-032-0
Hymyilee   N#[N+][O-]
InChI   InChI = 1S/N2O/cl-2-3GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N
Codex Alimentarius E942
RTECS QX1350000
CHEBI 17045
ChemSpider
Turvallisuus
GHS-piktogrammit CGS-järjestelmän piktogrammi "Liekki ympyrän päällä".
NFPA 704 NFPA 704 nelivärinen timantti 0 2 0HÄRKÄ
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita.
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Typpioksidi (I) ( dityppioksidi , typpioksiduuli , naurukaasu ) on yhdiste, jonka kemiallinen kaava on N 2 O. Joskus sitä kutsutaan " naurukaasuksi ", koska se aiheuttaa huumaavaa vaikutusta naurukohtausten yhteydessä. Normaaleissa olosuhteissa se on väritön, syttymätön kaasu , jolla on miellyttävä makeahko tuoksu ja maku .

Dityppioksidi on kolmanneksi tärkein pitkäikäinen kasvihuonekaasu , jonka kerääntyminen maapallon ilmakehään on yksi ilmaston lämpenemisen aiheuttajista , sillä N 2 O on stratosfäärin otsonia tuhoava aine [2] .

Historia

Sen hankki ensimmäisen kerran vuonna 1772 Joseph Priestley , joka kutsui sitä " deflogistoiduksi typpipitoiseksi ilmaksi " [3] . Vuonna 1799 sitä tutki G. Davy .

Molekyylin rakenne

Typpioksidi(I)-molekyylin rakennetta kuvaavat seuraavat resonanssimuodot:

Suurin panos on typpioksidin (I) N-oksidimuodolla. NN joukkovelkakirjalainan toimeksiannon on arvioitu olevan 2,73, NO joukkovelkakirjalainan arvoksi 1,61. Resonanssirakenne, jossa on mahdollisuus varausten päinvastaiseen järjestykseen N2O - molekyylissä, määrittää molekyylin alhaisen dipolimomentin , joka on 0,161 D.

Fysikaaliset ominaisuudet

Väritön kaasu, ilmaa raskaampi ( suhteellinen tiheys 1,527), jolla on tyypillinen makea tuoksu . Liuotetaan veteen ( 0,6 tilavuutta N 2 O 1 tilavuudessa vettä 25 °C , tai 0,15 g/100 ml vettä 15 °C ), liuotetaan myös etyylialkoholiin, eetteriin, rikkihappoon happoa. 0 °C:ssa ja 30 atm :n paineessa sekä huoneenlämmössä ja 40 atm :n paineessa se tiivistyy värittömäksi nesteeksi . Kilosta nestemäistä typpioksiduulia muodostuu 500 litraa kaasua. Dityppioksidimolekyylin dipolimomentti on 0,161 D , taitekerroin nestemäisessä muodossa on 1,330 (keltaiselle valolle, jonka aallonpituus on 589 nm ). Nestemäisen N 2 O: n höyrynpaine 20 °C:ssa on 5150 kPa .

Kemialliset ominaisuudet

Viittaa ei-suolaa muodostaviin oksideihin , ei ole vuorovaikutuksessa veden, alkali- ja happoliuosten kanssa. Se ei syty, mutta tukee palamista: kytevä taskulamppu, laskettuna siihen, syttyy, kuten puhtaassa hapessa. Seokset eetterin , syklopropaanin ja kloorietaanin kanssa tietyissä pitoisuuksissa ovat räjähtäviä . Typpioksidi (I) on otsonikerrosta heikentävä aine ja myös kasvihuonekaasu . Normaaleissa olosuhteissa N 2 O on kemiallisesti inerttiä; kuumennettaessa sillä on hapettimen ominaisuuksia:

Kun N 2 O on vuorovaikutuksessa vahvojen hapettimien kanssa, sillä voi olla pelkistimen ominaisuuksia:

Kuumennettaessa yli +500 °C CN 2 O hajoaa:

Typpioksidi (I) reagoi metalliamidien kanssa muodostaen vastaavia epäorgaanisia atsideja :

Kun se reagoi ammoniakin kanssa katalyytin yläpuolella, muodostuu ammoniumatsidia :

Haetaan

Typpioksidia (I) saadaan varovaisella (räjähdysmäisen hajoamisen vaara!) kuivaa ammoniumnitraattia kuumentamalla :

Kätevämpi tapa on lämmittää sulfamiinihappoa 73-prosenttisella typpihapolla :

Myös yksi kätevistä ja turvallisista tavoista saada typpioksidia (I) on hydroksyyliamiinihydrokloridiliuoksen reaktio natriumnitriittiliuoksen kanssa :

Kemianteollisuudessa typpioksiduuli on sivutuote ja sen tuhoamiseen käytetään katalysaattoreita, koska eristäminen kaupallisena tuotteena ei yleensä ole taloudellisesti kannattavaa.

Biologinen merkitys

Dityppioksidia muodostuu sekä entsymaattisella että ei-entsymaattisella pelkistyksellä typpioksidista (II) [4] . In vitro -kokeissa havaittiin, että typpioksiduulia muodostuu typpioksidin (II) ja tiolin tai tiolia sisältävien yhdisteiden välisessä reaktiossa [5] . On raportoitu, että N 2 O:n muodostumista typpioksidista havaittiin hepatosyyttien sytosolissa , mikä viittaa tämän kaasun mahdolliseen muodostumiseen nisäkässoluissa fysiologisissa olosuhteissa [6] . Bakteerien kehossa typpioksiduulia muodostuu denitrifikaatioprosessin aikana nitrooksidireduktaasin katalysoimana. Aikaisemmin tämän prosessin uskottiin olevan spesifinen joillekin bakteerilajeille eikä sitä esiinny nisäkkäissä, mutta uudet todisteet viittaavat siihen, että näin ei ole. On osoitettu, että fysiologisesti merkitykselliset typpioksiduulipitoisuudet estävät sekä ionivirtoja että eksitotoksisuusvälitteisiä hermoston rappeutumisprosesseja, joita tapahtuu, kun NMDA-reseptorit ovat ylivirittyneitä [7] . Lisäksi typpioksiduuli estää metioniinin biosynteesiä , inhiboi metioniinisyntetaasin aktiivisuutta ja homokysteiinin muuttumisnopeutta metioniiniksi ja lisää homokysteiinin pitoisuutta lymfosyyttiviljelmissä [8] ja ihmisen maksabiopsioissa [9] . Vaikka typpioksiduuli ei ole hemin ligandi eikä reagoi tioliryhmien kanssa, sitä löytyy hemiä sisältävien proteiinien, kuten hemoglobiinin , myoglobiinin , sytokromioksidaasin , sisäisistä rakenteista [10] . Dityppioksidin kyky muuttaa ei-kovalenttisesti, reversiibelisti hemiä sisältävien proteiinien rakennetta ja toimintoja osoitettiin tutkimuksessa hemoglobiinikysteiinien tioliryhmien infrapunaspektrien siirtymisestä [11] ja siitä, että typpioksiduuli on kykenee osittain ja palautuvasti estämään sytokromioksidaasin C :n toimintaa [12] . Dityppioksidin ei-kovalenttisen vuorovaikutuksen tarkat mekanismit hemipitoisten proteiinien kanssa ja ilmiön biologinen merkitys ansaitsevat lisätutkimusta. Tällä hetkellä näyttää mahdolliselta, että endogeeninen typpioksiduuli on osallisena NMDA-aktiivisuuden [7] ja opioidijärjestelmän [13] [14] säätelyssä . Sillä on neurotoksisia ominaisuuksia .

Sovellus

Dityppioksidia on kahta tyyppiä - elintarvike- tai lääkinnällinen lääkinnälliseen käyttöön (korkea puhdistusaste) ja tekninen - tekninen typpioksidi, joka sisältää epäpuhtauksia, joiden määrä on ilmoitettu tämän kaasun asiaa koskevissa teknisissä ehdoissa (TU) . "Lääketieteellistä" typpioksiduulia käytetään ensisijaisesti inhalaatioanestesiana , ja sitä käytetään myös elintarviketeollisuudessa (esimerkiksi kermavaahdon valmistukseen ) ponneaineena . Elintarviketuotteena sen indeksi on E942 . Joskus käytetään myös polttomoottoreiden suorituskyvyn parantamiseen . Sitä käytetään teollisuudessa ponne- ja pakkauskaasuna. Sitä voidaan käyttää raketimoottoreissa hapettimena ja myös ainoana ponneaineena yksiajoisissa raketimoottoreissa .

Keinot inhalaatioanestesiaan

Pienet typpioksiduulipitoisuudet aiheuttavat lievän myrkytyksen (siitä nimi - "naurukaasu"). Kun puhdasta kaasua hengitetään, kehittyy nopeasti myrkytyksen tila ja uneliaisuus. Dityppioksidilla on heikko huumausainevaikutus, ja siksi sitä käytetään lääketieteessä korkeina pitoisuuksina. Seoksena hapen kanssa oikealla annoksella (jopa 80 % typpioksiduulia) aiheuttaa kirurgisen anestesian . Usein käytetään yhdistelmäpuudutusta, jossa dityppioksidia yhdistetään muiden anestesia-aineiden, kipulääkkeiden , lihasrelaksanttien jne. kanssa. Esimerkiksi yhdistetty anestesia typpioksiduulilla ja heksenaalilla käytetään fentanyylikipulääkkeen kanssa ja lihasrelaksaatiota dityliinillä .

Lääketieteelliseen käyttöön tarkoitettu typpioksiduuli (erittäin puhdistettu epäpuhtauksista) ei aiheuta hengitysteiden ärsytystä. Veriplasmaan liuenneena sisäänhengitysprosessina se ei käytännössä muutu eikä metaboloidu, se ei sitoudu hemoglobiiniin . Hengityksen lopettamisen jälkeen se erittyy (10-15 minuutin kuluessa) hengitysteiden kautta muuttumattomana. Puoliintumisaika  on 5 minuuttia.

Dityppioksidia käytetään inhalaatioanestesiassa kirurgiassa , se on kätevä lyhytaikaiseen anestesiaan (ja pyöreään anestesiaan ) kirurgisessa hammaslääketieteessä sekä synnytyskipujen lievitykseen (koska sillä on vain vähän vaikutusta synnytykseen ja se on myrkytön sikiölle ).

Dityppioksidin ja hapen seos saadaan ja levitetään suoraan erityisillä anestesiakoneilla. Aloita yleensä seoksella, joka sisältää 70-80 % typpioksiduulia ja 30-20 % happea, ja lisää sitten hapen määrää 40-50 %:iin. . Jos ei ole mahdollista saavuttaa vaadittua anestesian syvyyttä, typpioksiduulipitoisuudessa 70-75%, lisätään tehokkaampia lääkkeitä: halotaani , dietyylieetteri , barbituraatit .

Lihasten täydellisempään rentoutumiseen käytetään lihasrelaksantteja , kun taas lihasten rentoutumisen lisäksi anestesian kulku paranee.

Dityppioksidin syötön lopettamisen jälkeen hapen käyttöä tulee jatkaa 4-5 minuuttia hypoksian välttämiseksi.

Dityppioksiduulia sekä mitä tahansa anestesia-ainetta on käytettävä varoen, erityisesti vakavan hypoksian ja heikentyneen kaasujen diffuusion yhteydessä keuhkoissa.

Synnytyksen anestesiassa käytetään ajoittaista autoanalgesiaa syöttämällä typpioksiduuli (75%) ja hapen seosta erityisillä anestesiakoneilla. Synnyttäjä alkaa hengittää seosta, kun supistuksen ennakkoedustajat ilmestyvät ja lopettaa sisäänhengityksen supistuksen korkeudella tai lopussa.

Emotionaalisen kiihottumisen vähentämiseksi, pahoinvoinnin ja oksentelun estämiseksi ja typpioksiduulin toiminnan tehostamiseksi esilääkitys on mahdollista antamalla lihakseen 0,5 % diatsepaamiliuosta ( seduxen , sibazon ) 1-2 ml (5-10 mg) .

Vapautusmuoto: metallisylintereissä, joiden tilavuus on 10 litraa 50 atm:n paineessa nesteytetyssä tilassa. Sylinterit on maalattu harmaiksi ja niissä on merkintä "Lääketieteelliseen käyttöön".

Kun typpioksiduulia käytetään anestesiassa ja B12 -vitamiinin rajatasoja, kehittyy polyneuropatia , jonka aiheuttaa B12-puutos [15] [16] . Folaatti- ja B12-hoitoa tarvitaan.

Polttomoottoreissa

Dityppioksidia käytetään joskus parantamaan polttomoottoreiden suorituskykyä . Autosovelluksissa typpioksiduuli ja polttoaine ruiskutetaan moottorin imusarjaan, jolloin saadaan seuraavat tulokset:

Suihkumoottoreissa

Joskus käytetään hapettimena yksipolttoaineisissa polttoaineissa, joissa polttoaineena on etaani , eteeni tai asetyleeni .

Elintarviketeollisuudessa

Elintarviketeollisuudessa yhdiste on rekisteröity elintarvikelisäaineeksi E942 , ponneaineeksi ja pakkauskaasuksi (estää tuotteen pilaantumisen). Dityppioksidia käytetään ensisijaisesti ruoan ruiskutukseen.

Muistiinpanot

  1. 1 2 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0465.html
  2. Thompson, R. L., Lassaletta, L., Patra, P. K. et ai. Maailmanlaajuisten N2O-päästöjen kiihtyminen kahden vuosikymmenen ilmakehän inversion jälkeen. — Nat. Clim. Chang. (2019) doi:10.1038/s41558-019-0613-7
  3. Joseph Priestly . Kokeiluja ja havaintoja erilaisista ilmatyypeistä . — Voi. 1. - 1775.
  4. Neil Hogg, Ravinder J. Singh, B. Kalyanaraman. Glutationin rooli typpioksidin kuljetuksissa ja kataboliassa  //  FEBS Letters : päiväkirja. - 1996. - 18. maaliskuuta ( nide 382 , ​​no. 3 ). - s. 223-228 . - doi : 10.1016/0014-5793(96)00086-5 . — PMID 8605974 .
  5. DeMaster EG, Quast BJ, Redfern B., Nagasawa HT. Typpioksidin reaktio ihmisen seerumin albumiinin vapaan sulfhydryyliryhmän kanssa tuottaa sulfeenihappoa ja typpioksiduulia  (englanniksi)  // Biochemistry : Journal. - 1995. - 12. syyskuuta ( osa 34 , nro 36 ). - P. 11494-11499 . — PMID 7547878 .
  6. Jinjoo Hyun, Gautam Chaudhuri, Jon M. Fukuto. Typpioksidin pelkistävä aineenvaihdunta hepatosyyteissä: mahdollinen vuorovaikutus tiolien kanssa   // Lääkkeiden aineenvaihdunta ja disposition : päiväkirja. - 1999. - 1. syyskuuta ( osa 27 , nro 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. Dityppioksidi (naurukaasu) on NMDA-antagonisti, hermostoa suojaava aine ja neurotoksiini  (englanniksi)  // Nat. Med.  : päiväkirja. - 1998. - huhtikuu ( osa 4 , nro 4 ). - s. 460-463 . — PMID 9546794 .
  8. Christensen B., Refsum H., Garras A., Ueland PM. Homokysteiinin uudelleenmetylaatio typpioksiduulialtistuksen aikana soluissa, joita on viljelty väliaineissa, jotka sisältävät erilaisia ​​folaattipitoisuuksia  // J Pharmacol Exp Ther  . : päiväkirja. - 1992. - Kesäkuu ( nide 261 , nro 3 ). - s. 1096-1105 . — PMID 1602376 .
  9. Koblin DD, Waskell L., Watson JE, Stokstad EL, Eger EI 2. Dityppioksidi inaktivoi metioniinisyntetaasin ihmisen maksassa  (englanniksi)  // Anesth Analg : päiväkirja. - 1982. - Helmikuu ( osa 61 , nro 2 ) . - s. 75-78 . — PMID 7198880 .
  10. Vijaya Sampath, Xiao-Jian Zhao ja Winslow S. Caughey. Typpioksidin anestesiaa muistuttavat vuorovaikutukset albumiinin ja hemeproteiinien kanssa. Proteiinitoiminnan hallintamekanismi  (englanniksi)  // The Journal of Biological Chemistry  : Journal. - 2001. - 27. huhtikuuta ( nide 276 , nro 17 ). - P. 13635-13643 . - doi : 10.1074/jbc.M006588200 . — PMID 11278308 .
  11. Aichun Dong, Ping Huang, Xiao-Jian Zhao, Vijaya Sampath ja Winslow S. Caughey. Anesteettisen typpioksiduuloskoopin käyttämien kohtien karakterisointi proteiinien sisällä infrapunaspektrillä  (englanniksi)  // The Journal of Biological Chemistry : Journal. - 1994. - 30. syyskuuta ( nide 269 , nro 39 ). - P. 23911-23917 . — PMID 7929038 .
  12. Olof Einarsdottir, Winslow S. Caughey. Anestesian dityppioksidin vuorovaikutukset naudan sydämen sytokromi-c-oksidaasin kanssa. Vaikutukset proteiinien rakenteeseen, oksidaasiaktiivisuuteen ja muihin ominaisuuksiin  (englanniksi)  // The Journal of Biological Chemistry : Journal. - 1988. - 5. heinäkuuta ( nide 263 , nro 19 ). - P. 9199-9205 . — PMID 2837481 .
  13. Gillman MA, Lichtigfeld FJ. Dityppioksidi vaikuttaa suoraan  opioidireseptoriin //  Anestesiologia : päiväkirja. Lippincott Williams & Wilkins, 1985. - maaliskuu ( osa 62 , nro 3 ). - s. 375-376 . — PMID 2983587 .
  14. Gillman MA, Lichtigfeld FJ. Vertailu morfiinisulfaatin ja dityppioksidin analgesian vaikutuksista kroonisiin kiputiloihin ihmisellä  // J Neurol  Sci : päiväkirja. - 1981. - tammikuu ( osa 49 , nro 1 ) . - s. 41-45 . — PMID 7205318 .
  15. Minä Chanarin. Kobalamiinit ja typpioksiduuli: katsaus  // Journal of Clinical Pathology. - 1980-10. - T. 33 , no. 10 . - S. 909-916 . — ISSN 0021-9746 .
  16. R.B. Layzer. Myeloneuropatia pitkäaikaisen typpioksiduulialtistuksen jälkeen  // The Lancet . - Elsevier , 1978-12-09. - T. 2 , no. 8102 . - S. 1227-1230 . — ISSN 0140-6736 . Arkistoitu alkuperäisestä 14. huhtikuuta 2019.

Kirjallisuus