一氧化氮為氮氧化合物,化學(xué)式NO, 相對(duì)分子質(zhì)量30.01,氮的化合價(jià)為+2。是一種無(wú)色無(wú)味氣體難溶于水的有毒氣體。由于一氧化氮帶有自由基,這使它的化學(xué)性質(zhì)非?;顫?。當(dāng)它與氧氣反應(yīng)后,可形成具有腐蝕性的氣體——二氧化氮(NO2),二氧化氮可與水反應(yīng)生成硝酸。方程式為:3NO2+H2O==2HNO3+NO。
研究簡(jiǎn)史1980年,一位科學(xué)家完成一個(gè)精巧設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),并據(jù)此發(fā)表了一篇論文。這不是一件多么重大的事情,但對(duì)于一氧化氮來(lái)說(shuō)卻是個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),雖然這一年科學(xué)界并不知道那種特別的物質(zhì)就是一氧化氮。
這位美國(guó)藥理學(xué)家的名字叫做羅伯特·F。佛契哥特,他在著名的《自然》(Nature)雜志上發(fā)表論文,指出乙酰膽堿(ACh)的舒張血管作用依賴于血管內(nèi)皮釋放的某種可擴(kuò)散物質(zhì)。隨后他們又發(fā)現(xiàn)緩激肽(BK)等多種物質(zhì)擴(kuò)張血管的作用也是遵循類似的機(jī)理,并將該物質(zhì)命名為血管內(nèi)皮舒張因子(EDRF)。
佛契哥特發(fā)現(xiàn)有一種物質(zhì)可以舒張血管,這并不是他的獨(dú)到之處,早在19世紀(jì)70年代,人們就發(fā)現(xiàn)有機(jī)硝酸酯對(duì)缺血性心臟病有良好的治療作用,但當(dāng)時(shí)并不了解其作用機(jī)理。19世紀(jì)末,在諾貝爾以研制高性能炸藥(TNT)聞名和發(fā)跡的同時(shí),人們驚奇地發(fā)現(xiàn),用于治療缺血性心臟病的硝酸甘油(GTN)竟是高性能炸藥的主要活性成分,人們對(duì)此困惑不已。
既然這種舒張血管的發(fā)現(xiàn)并不特別,那么佛契哥特的論文為什么會(huì)引起科學(xué)界的關(guān)注呢?原因就在于他用精巧設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)證明了這種物質(zhì)的存在。
表面上看來(lái),佛契哥特的研究與一氧化氮并無(wú)直接關(guān)聯(lián),而是關(guān)于乙酰膽堿等血管活性物質(zhì)的作用機(jī)理。1953年他發(fā)表了首篇關(guān)于乙酰膽堿和組胺致兔離體血管條收縮的論文,這與當(dāng)時(shí)公認(rèn)的對(duì)整體動(dòng)物靜注乙酰膽堿或組胺會(huì)引起血管舒張的觀點(diǎn)恰恰相反。但他堅(jiān)持自己的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性良好,且觀察無(wú)誤,并在1955年發(fā)表的《血管平滑肌藥理學(xué)》綜述中提出假設(shè),認(rèn)為猶如腎上腺素能有α和β兩種受體,血管平滑肌上也同時(shí)含有運(yùn)動(dòng)性和抑制性兩種膽堿能受體——現(xiàn)在看來(lái)這一結(jié)論是錯(cuò)誤的,然而在當(dāng)時(shí)這一觀點(diǎn)一直被當(dāng)做權(quán)威而被認(rèn)可。
接下來(lái)的問(wèn)題是,為什么刺激內(nèi)皮細(xì)胞可引起血管平滑肌舒張?這次似乎是單刀直入,他們首先想到的是血管內(nèi)皮細(xì)胞受刺激后會(huì)釋放某種物質(zhì),該種物質(zhì)擴(kuò)散至平滑肌并導(dǎo)致其收縮。佛契哥特像是受到某種特殊的啟示,他回憶道:“那天早晨我剛醒來(lái),一個(gè)漂亮的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)突然闖入我的腦海。于是我來(lái)到實(shí)驗(yàn)室,立即按照這一方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?!睂?shí)驗(yàn)結(jié)果被撰寫(xiě)成論文發(fā)表于1980年的《自然》雜志上,論文的名字是《內(nèi)皮細(xì)胞是乙酰膽堿誘發(fā)動(dòng)脈平滑肌舒張的必需因素》。
值得一提的是,在《自然》雜志上的這篇文章當(dāng)時(shí)還沒(méi)有明確提出內(nèi)皮舒張因子,直到1982年,他們發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上的關(guān)于緩激肽內(nèi)皮依賴性舒張血管作用的論文中,才正式提出內(nèi)皮舒張因子這一名詞。
這篇論文在學(xué)術(shù)界引起了廣泛關(guān)注,吸引了包括加州大學(xué)洛杉磯分校的伊格納羅(LouisJ.Ignarro)教授在內(nèi)的許多科學(xué)工作者從事有關(guān)內(nèi)皮舒張因子的研究。內(nèi)皮舒張因子是一種不穩(wěn)定的化合物,能被血紅蛋白及超氧陰離子自由基滅活。長(zhǎng)期研究亞硝基化合物的藥理作用的伊格納羅與佛契哥特合作,針對(duì)內(nèi)皮舒張因子的藥理作用以及化學(xué)本質(zhì)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮舒張因子與一氧化氮及許多亞硝基化合物一樣能夠激活可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶(SolubleGuanylateCyclase,sGC),一氧化氮主要通過(guò)環(huán)磷鳥(niǎo)苷(cGMP)途徑擴(kuò)張血管。
穆拉德博士的發(fā)現(xiàn)
20世紀(jì)50年代,環(huán)磷鳥(niǎo)苷作為一種天然產(chǎn)物標(biāo)志在尿中發(fā)現(xiàn),相關(guān)酶類包括作用于環(huán)磷鳥(niǎo)苷的合成的鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶(GuanylateCyclase,GC)、水解環(huán)磷鳥(niǎo)苷的磷酸二酯酶和選擇性地被環(huán)磷鳥(niǎo)苷激活的蛋白激酶。
穆拉德博士于1970年結(jié)束了在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)的訓(xùn)練后,決定將更多的研究精力從環(huán)化腺核苷一磷酸(cAMP)轉(zhuǎn)移到環(huán)磷鳥(niǎo)苷,并著力解決兩個(gè)問(wèn)題:第一,激素類配基如何與它們的受體結(jié)合來(lái)調(diào)控鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶?第二,其分子偶合事件是什么?對(duì)受體鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶偶聯(lián)的了解,有助于使用制劑或藥物來(lái)增強(qiáng)或抑制激素在某些臨床疾病中的影響。
在得州大學(xué)醫(yī)學(xué)院,多年來(lái)一直獨(dú)立從事硝酸甘油擴(kuò)張血管作用研究的藥理學(xué)家穆拉德博士早在1977年就發(fā)現(xiàn)硝基酯類藥物及外源性一氧化氮均可使環(huán)磷鳥(niǎo)苷的含量增高,他們甚至提出硝基酯類藥物可能是通過(guò)形成一氧化氮或某種活性物質(zhì)來(lái)增加細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷鳥(niǎo)苷的含量,進(jìn)而使血管擴(kuò)張和抑制血小板。至此,眾多研究匯聚到一個(gè)焦點(diǎn)——硝基類活性物質(zhì)。
早在20世紀(jì)70年代,穆拉德博士與合作者就系統(tǒng)地研究了硝酸甘油及其他具有增強(qiáng)血管活性的作用的有機(jī)硝基化合物的藥理作用,發(fā)現(xiàn)這些化合物都能使組織內(nèi)環(huán)鳥(niǎo)苷酸、環(huán)化腺核苷一磷酸等第二信使的濃度升高。這類化合物有一個(gè)共同的性質(zhì),可以在體內(nèi)代謝產(chǎn)生一氧化氮。1977年,穆拉德博士發(fā)現(xiàn)硝酸甘油等必須代謝為一氧化氮才能發(fā)揮擴(kuò)張血管的作用,由此他認(rèn)為一氧化氮可能是一種對(duì)血液流通具有調(diào)節(jié)作用的信使分子,但當(dāng)時(shí)這一推斷還缺少實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
穆拉德博士在前期工作中發(fā)現(xiàn),在不同組織勻漿中(包括高速離心上清液和勻漿顆粒部分)都能檢測(cè)到鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶的活性。但在這兩種組織制備中,酶活性的動(dòng)力學(xué)特征是不同的,最顯著的特征就是勻漿顆粒部分對(duì)基質(zhì)三磷酸鳥(niǎo)苷(GTP)就活性呈現(xiàn)協(xié)同催化動(dòng)力學(xué),而可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶的活性被證實(shí)為典型的米曼氏動(dòng)力學(xué),這個(gè)發(fā)現(xiàn)提示可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶的活性代表一個(gè)三磷酸鳥(niǎo)苷的催化位點(diǎn)。盡管推測(cè)鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶有不同的亞型,但由于粗制備物也含有競(jìng)爭(zhēng)底物或產(chǎn)物的核苷酸酶、磷酸酶和磷酸二酯酶而無(wú)法剔除不可靠的虛假數(shù)據(jù),穆拉德花費(fèi)了整整12年的時(shí)間純化、驗(yàn)證、克隆、表達(dá)和再驗(yàn)證這個(gè)酶,才徹底解決了這個(gè)問(wèn)題。
通過(guò)實(shí)驗(yàn),穆拉德博士發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)包括疊氮鈉、亞硝酸鹽和羥胺,能激活鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶。在不同組織包括氣管平滑肌制備物中,疊氮鈉、亞硝酸鹽和羥胺也能提高環(huán)磷鳥(niǎo)苷的水平。這些環(huán)磷鳥(niǎo)苷水平的提高與平滑肌舒張有關(guān),顯示為直線的劑量應(yīng)答關(guān)系。硝酸甘油,一種從18世紀(jì)70年代起應(yīng)用于臨床心絞痛的藥物,也可活化可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶,在不同的組織包括氣管平滑肌中提高環(huán)磷鳥(niǎo)苷的水平,引起平滑肌舒張。
穆拉德博士稱這些不斷增長(zhǎng)的可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶激活劑名單中氣管、腸胃和血管平滑肌的弛緩劑為“硝基血管舒張劑”,確信它們能被轉(zhuǎn)化為一氧化氮,因?yàn)橛没瘜W(xué)法產(chǎn)生的一氧化氮能激活所有測(cè)試中的可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶制備物。這些一氧化氮前藥物質(zhì)的作用機(jī)制因此確定。
穆拉德博士提出了一氧化氮能起到調(diào)控激素和藥物的細(xì)胞內(nèi)信使的作用的假說(shuō),即一個(gè)自由基激活一個(gè)酶,且這個(gè)自由基是一個(gè)內(nèi)源信使分子。由于被純化的可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶的激活作用發(fā)生在納摩爾濃度下,并且由于一氧化氮及其氧化產(chǎn)物亞硝酸鹽和硝酸鹽的測(cè)定法不敏感,在一氧化氮分析測(cè)定的新技術(shù)發(fā)展后的七八年,這個(gè)當(dāng)年遭到學(xué)術(shù)界懷疑的假說(shuō)才被決定性地證實(shí)和接受。
穆拉德博士表示,人體內(nèi)的一氧化氮有兩個(gè)來(lái)源:一為非酶生,來(lái)自體表或者攝入的無(wú)機(jī)氮的化學(xué)降解與轉(zhuǎn)化;一為酶生,由一氧化氮合酶催化L-精氨酸脫胍基所產(chǎn)生。非酶生性的一氧化氮,大部分來(lái)自硝基血管舒張劑家族,包括硝普鹽、有機(jī)或無(wú)機(jī)亞硝酸鹽和硝酸鹽、亞硝胺、氮芥、聯(lián)氨等。比如有名的硝酸甘油和硝普鈉的擴(kuò)張血管、治療心臟病的功能都是通過(guò)非酶生性產(chǎn)生的一氧化氮起作用的。酶生性的一氧化氮,來(lái)自于一氧化氮的前體物質(zhì),例如精氨酸。攝入人體的富含精氨酸的食物,在體內(nèi)通過(guò)酶生性產(chǎn)生一氧化氮并發(fā)揮其生理功能。
酶生性一氧化氮產(chǎn)生機(jī)理(L-精氨酸在內(nèi)皮型一氧化氮合酶的作用下生成L-瓜氨酸并釋放一氧化氮)
穆拉德博士的研究集中于由非酶生性產(chǎn)生的一氧化氮的化合物對(duì)于一氧化氮合酶的影響,這不僅闡明了一氧化氮在體內(nèi)擴(kuò)張血管的作用機(jī)制,而且也為新型的藥物和化妝品研發(fā)開(kāi)辟了道路。穆拉德博士所參與的生物科技公司所應(yīng)用的技術(shù)是一種能夠產(chǎn)生一氧化氮的組合,分別為氮?jiǎng)┖退釀?,其中氮?jiǎng)閬喯跛猁}或富含亞硝酸鹽的植物提取物,酸劑為維生素C、檸檬酸等足夠強(qiáng)度的有機(jī)或者無(wú)機(jī)酸。使用時(shí),先清潔皮膚,涂抹適量的氮?jiǎng)┗瘖y品,再涂抹酸劑化妝品,兩者緩慢反應(yīng)釋放出一氧化氮,滲入皮膚,提高毛細(xì)血管血流量,促進(jìn)膠原蛋白的合成,從而改善膚質(zhì)。
值得一提的是,早在19世紀(jì)末,德國(guó)學(xué)者格里斯(Griess)就研究和發(fā)表了亞硝酸鹽的檢測(cè)方法,但當(dāng)時(shí)對(duì)其與一氧化氮的關(guān)系并不了解。由于亞硝酸鹽是一氧化氮在水溶液中進(jìn)行氧化代謝的終產(chǎn)物而相對(duì)穩(wěn)定,改良后的格里斯法至今仍是實(shí)驗(yàn)室間接檢測(cè)一氧化氮含量最簡(jiǎn)單、最常用的方法之一。1
一氧化氮與核酸的研究
20世紀(jì)80年代,世界生命科學(xué)領(lǐng)域建立了“傳遞生命信息3個(gè)信使”的學(xué)說(shuō),即生命體的各種活動(dòng)都是在3個(gè)信使體系的控制和調(diào)節(jié)下進(jìn)行的。
我們都知道蛋白質(zhì)與核酸等生物大分子是生命的主要體現(xiàn)者,但不是生命本身。生命的本質(zhì)是這些生物大分子之間,以及它們之間復(fù)雜而有序的相互聯(lián)系和相互作用,這是信息傳遞研究的基本任務(wù)。
生命信息傳遞的真諦,就是細(xì)胞間通訊的細(xì)胞外第一信使以及外界環(huán)境因子作用與細(xì)胞表面或胞內(nèi)受體后,通過(guò)跨膜傳遞形成胞內(nèi)第二信使的級(jí)聯(lián)傳遞,以及其后的核內(nèi)第三信使誘導(dǎo)基因表達(dá)和引起生理反應(yīng)的過(guò)程。生命信息傳遞在應(yīng)答環(huán)境刺激和調(diào)節(jié)基因表達(dá)、生理反應(yīng)的同時(shí),不僅維持著細(xì)胞正常代謝,而且最終決定細(xì)胞增殖、生長(zhǎng)、分化、衰老和死亡等生命的基本現(xiàn)象。
傳遞生命信息3個(gè)信使
第一信使是指各種細(xì)胞外信息分子,又稱細(xì)胞間信號(hào)分子即細(xì)胞因子,諸如內(nèi)分泌激素,前列腺素,氣體信號(hào)分子(NO)以及免疫細(xì)胞產(chǎn)生的免疫細(xì)胞因子。這些生物活性分子由體內(nèi)各種不同的細(xì)胞產(chǎn)生后,能夠通過(guò)血液、淋巴液、各種體液等不同途徑,作用到細(xì)胞膜表面,引起細(xì)胞內(nèi)的特定反映。
第二信使是指細(xì)胞外第一信使與其特異受體結(jié)合后,通過(guò)信息跨膜傳遞機(jī)制激活的受體,刺激細(xì)胞膜內(nèi)特定的效應(yīng)酶或離子道,而在胞漿內(nèi)產(chǎn)生的信使物質(zhì)。這種胞內(nèi)信息分子起到將胞外信息傳導(dǎo)、放大、變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)可以識(shí)別的信息作用。
第三信使又稱DNA結(jié)合蛋白,是指負(fù)責(zé)細(xì)胞核內(nèi)核外信息傳遞的物質(zhì),能調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄水平,發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的作用。這些蛋白質(zhì)是在細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)合成后進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi),發(fā)揮信使作用,因而稱這類核蛋白為“核內(nèi)第三信使”。
所以核酸是細(xì)胞內(nèi)的具有遺傳功能的物質(zhì),NO屬于細(xì)胞間的通訊物質(zhì),沒(méi)有NO,再多的細(xì)胞無(wú)法協(xié)同工作,相互發(fā)揮作用,生命信息傳遞不出去毫無(wú)意義,只有兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái)才能共同承擔(dān)人體新陳代謝的任務(wù)。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)基本性質(zhì)穩(wěn)定性:較穩(wěn)定
禁配物:易燃或可燃物、鋁、鹵素、空氣、氧。
避免接觸的條件:受熱。
聚合危害:與氧氣聚合形成腐蝕性二氧化氮
分解產(chǎn)物:氮?dú)?,氧氣,還有少量一氧化二氮
分子構(gòu)型一氧化氮為雙原子分子,分子構(gòu)型為直線形。一氧化氮中,氮與氧之間形成一個(gè)σ鍵、一個(gè)2電子π鍵與一個(gè)3電子π鍵。氮氧之間鍵級(jí)為2.5,氮與氧各有一對(duì)孤對(duì)電子。有11個(gè)價(jià)電子,是奇電子分子,具有順磁性。反鍵軌道上(π2p*)1易失去生成亞硝酰陽(yáng)離子NO 。
計(jì)算化學(xué)數(shù)據(jù)1、疏水參數(shù)計(jì)算參考值(XlogP):0.2
2、氫鍵供體數(shù)量:0
3、氫鍵受體數(shù)量:1
4、可旋轉(zhuǎn)化學(xué)鍵數(shù)量:0
5、互變異構(gòu)體數(shù)量:無(wú)
6、拓?fù)浞肿訕O性表面積:18.1
7、重原子數(shù)量:2
8、表面電荷:0
9、復(fù)雜度:2
10、同位素原子數(shù)量:0
11、確定原子立構(gòu)中心數(shù)量:0
12、不確定原子立構(gòu)中心數(shù)量:0
13、確定化學(xué)鍵立構(gòu)中心數(shù)量:0
14、不確定化學(xué)鍵立構(gòu)中心數(shù)量:0
15、共價(jià)鍵單元數(shù)量:12
理化性質(zhì)物理性質(zhì)1、性狀:無(wú)色氣體
2、熔點(diǎn)(℃):-163.6
3、沸點(diǎn)(℃):-151.8
4、相對(duì)密度(水=1):1.27(-151℃)
5、相對(duì)蒸氣密度(空氣=1):1.04
6、飽和蒸氣壓(kPa):6079.2(-94.8℃)
7、臨界溫度(℃):-93
8、臨界壓力(MPa):6.48
9、辛醇/水分配系數(shù):0.10
10、溶解性:微溶于水,溶于乙醇、二硫化碳2
化學(xué)性質(zhì)一氧化氮是無(wú)色氣體,工業(yè)制備它是在鉑網(wǎng)催化劑上用空氣將氨氧化的方法;實(shí)驗(yàn)室中則用金屬銅與稀硝酸反應(yīng)。
NO在水中的溶解度較小,而且不與水發(fā)生反應(yīng)。常溫下NO很容易氧化為二氧化氮,也能與鹵素反應(yīng)生成鹵化亞硝酰(NOX)如2NO+Cl2=2NOCl
但NO與O2可與水反應(yīng),化學(xué)方程式為4NO+3O2+2H2O=4HNO3
根據(jù)NO的分子結(jié)構(gòu)可見(jiàn),它有未成對(duì)的電子,兩個(gè)原子共有11個(gè)價(jià)電子,也就是個(gè)奇分子,大多數(shù)奇分子都有顏色,然而NO僅在液態(tài)或固態(tài)時(shí)才呈藍(lán)色。NO分子在固態(tài)時(shí)會(huì)締合成松弛的雙聚分子(NO)2,這也是它具有單電子的必然結(jié)果。
這里需要特別說(shuō)明的是,NO可以被過(guò)氧化鈉吸收3
Na2O2+2NO=2NaNO2
制備方法實(shí)驗(yàn)室制備用銅和稀硝酸來(lái)制備
在實(shí)驗(yàn)室中,通常用銅和稀硝酸反應(yīng)來(lái)制備一氧化氮。
3Cu+8HNO3(稀)→3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
這種制備的一氧化氮可能含有一定量的二氧化氮和少量氮?dú)?。在硝酸濃度和反?yīng)溫度較低時(shí),反應(yīng)生成的氣體中氮?dú)庖草^低。如用銅和稀硝酸在其凝固點(diǎn)之上進(jìn)行反應(yīng),以維持溶液不凝固,反應(yīng)生成的氣體幾乎為純的一氧化氮。
用亞硝酸鈉和稀硫酸反應(yīng)來(lái)制備,
實(shí)驗(yàn)室中,還常用亞硝酸鈉和稀硫酸在啟普發(fā)生器中反應(yīng)來(lái)制備一氧化氮。
6NaNO2+3H2SO4→3Na2SO4+2H2O+4NO↑+2HNO3
在帶有滴液漏斗的1L燒瓶中,放入69g(1mol)亞硝酸鈉粉末,慢慢滴加300ml 2mol/L硫酸。產(chǎn)生的氣體一氧化氮通過(guò)2個(gè)裝有30%(10mol/L)氫氧化鈉水溶液的洗滌瓶后,再通過(guò)裝有玻璃棉和固體氫氧化鈉的凈化塔干燥。得產(chǎn)品16g(80%)進(jìn)一步在液態(tài)空氣下進(jìn)行分餾,可得極純產(chǎn)品。
可通過(guò)干法制備
3KNO2+KNO3+Cr2O→2K2CrO4+4NO↑
注意事項(xiàng)
(1)稀HNO3的濃度不宜偏高,否則可能會(huì)生產(chǎn)二氧化氮,也不能過(guò)低,否則反應(yīng)速率過(guò)慢,以體積比1:4左右較為理想。
(2)銅片要用純銅,因?yàn)橛行┖辖鹪乜赡軙?huì)導(dǎo)致硝酸的還原產(chǎn)物混有二氧化氮?dú)怏w。
(3)用膠塞塞住注射器針頭之前要確保注射器內(nèi)無(wú)空氣,否則生產(chǎn)的一氧化氮會(huì)被氧化。
工業(yè)制備**合成法:**將氮與氧混合氣體通過(guò)電弧,在4000攝氏度直接化合成一氧化氮N2+O2→2NO
**催化氧化法:**在鈀或鉑催化劑存在的條件下,氨在氧氣或空氣中燃燒生產(chǎn)氣體一氧化氮,經(jīng)精制、壓縮等工序后,制得一氧化氮產(chǎn)品。
4NH3+5O2→Pt4NO+6H2O
**熱解法:**加熱分解亞硝酸或亞硝酸鹽,獲得氣體經(jīng)精制,壓縮等工序,即制得一氧化氮產(chǎn)品。
**酸解法:**亞硝酸鈉與稀硫酸反應(yīng)制取粗一氧化氮,再經(jīng)堿洗、分離、精制、壓縮,可制得99.5%的純一氧化氮。
3NaNO2+H2SO4(稀)→2NO↑+NaNO3+Na2SO4+H2O
用途1、用于半導(dǎo)體生產(chǎn)中的氧化、化學(xué)氣相沉積工藝,并用作大氣監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)混合氣。也用于制造硝酸和硅酮氧化膜及羰基亞硝酰。也可用作人造絲的漂白劑及丙烯和二甲醚的安定劑。超臨界溶劑。用于制造硝酸、亞硝基羧基化合物,人造絲的漂白。用于醫(yī)學(xué)臨床實(shí)驗(yàn)輔助診斷及治療,有機(jī)反應(yīng)的穩(wěn)定劑。
2、制硝酸、人造絲漂白劑、丙烯及二甲醚的安定劑。2
應(yīng)用領(lǐng)域臨床應(yīng)用
NO在常溫下為氣體,具有脂溶性是使它在人體內(nèi)成為信使分子的可能因素之一。它不需要任何中介機(jī)制就可快速擴(kuò)散通過(guò)生物膜,將一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的信息傳遞到它周?chē)募?xì)胞中,主要影響因素是它的生物半壽期。具有多種生物功能的特點(diǎn)在于它是自由基,極易參與與傳遞電子反應(yīng),加入機(jī)體的氧化還原過(guò)程中。分子的配位性又使它與血紅素鐵和非血紅素鐵具有很高的親合力,以取代O2和CO2的位置。據(jù)研究報(bào)道,血紅蛋白-NO可以失去它附近的堿基而變成自由的原血紅素-NO,這就意味著自由的堿基可以自由地參與催化反應(yīng),自由的蛋白質(zhì)可以自由地改變構(gòu)象,自由的血紅素可以自由地從蛋白中擴(kuò)散出去,這三種變化中的任何一個(gè)或它們的組合,將在鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶的活化過(guò)程中起重要作用4。NO的生物學(xué)作用和其作用機(jī)制研究方興未艾,它的發(fā)現(xiàn)提示著無(wú)機(jī)分子在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中研究的前景。
一氧化氮起著信使分子的作用。當(dāng)內(nèi)皮要向肌肉發(fā)出放松指令以促進(jìn)血液流通時(shí),它就會(huì)產(chǎn)生一些一氧化氮分子,這些分子很小,能很容易地穿過(guò)細(xì)胞膜。血管周?chē)钠交〖?xì)胞接收信號(hào)后舒張,使血管擴(kuò)張。
在泌尿及生殖系統(tǒng)中的作用
一氧化氮作為NANC 神經(jīng)元遞質(zhì),在泌尿生殖系統(tǒng)中起著重要作用,成為排尿節(jié)制等生理功能的調(diào)節(jié)物質(zhì),這為藥物治療泌尿生殖系統(tǒng)疾病提供了理論依據(jù)。
現(xiàn)已證明在人體內(nèi)廣泛存在著以NO為遞質(zhì)的神經(jīng)系統(tǒng),它與腎上腺素能、膽堿能神經(jīng)和肽類神經(jīng)一樣重要。若其功能異常就可能引起一系列疾病。
在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用
有關(guān)L-Arg → NO途徑在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)方面的研究認(rèn)為,NO通過(guò)擴(kuò)散,作用于相鄰的周?chē)窠?jīng)元如突出前神經(jīng)末梢和星狀膠質(zhì)細(xì)胞,再激活GC從而提高水平cGMP水平而產(chǎn)生生理效應(yīng)。如NO可誘導(dǎo)與學(xué)習(xí)、記憶有關(guān)的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)(Long-term potentiation,LTP),并在其LTP中起逆信使作用。
連續(xù)刺激小腦的上行纖維和平行纖維可引起平行纖維細(xì)胞的神經(jīng)傳導(dǎo)產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)程抑制(Long-term depression,LTD),被認(rèn)為是小腦運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)體系中的一種機(jī)制,NO參與了該機(jī)制。5
在外周神經(jīng)系統(tǒng)也存在L-Arg → NO途徑。NO被認(rèn)為是非膽堿能、非腎上腺素能神經(jīng)的遞質(zhì)或介質(zhì),參與痛覺(jué)傳入與感覺(jué)傳遞過(guò)程。
NO在胃腸神經(jīng)介導(dǎo)胃腸平滑肌松弛中起著重要的中介作用,在胃腸間神經(jīng)叢中,NOS和血管活性腸肽共存并能引起非腎上腺素能非膽堿能(nonadrenergic-non-cholinerrgic,NANC)舒張,但血管活性腸肽的抗體只能部分消除NANC的舒張,其余的舒張反應(yīng)則能被N-甲基精氨酸消除。
在免疫系統(tǒng)中的作用
研究結(jié)果表明,NO可以產(chǎn)生于人體內(nèi)多種細(xì)胞。如當(dāng)體內(nèi)內(nèi)毒素或T細(xì)胞激活巨噬細(xì)胞和多形核白細(xì)胞時(shí),能產(chǎn)生大量的誘導(dǎo)型NOS和超氧化物陰離子自由基,從而合成大量的NO和H2O2,這在殺傷入侵的細(xì)菌、真菌等微生物和腫瘤細(xì)胞、有機(jī)異物及在炎癥損傷方面起著十分重要的作用6。
當(dāng)前認(rèn)為,經(jīng)激活的巨噬細(xì)胞釋放的NO可以通過(guò)抑制靶細(xì)胞線粒體中三羧酸循環(huán)、電子傳遞細(xì)胞DNA合成等途徑,發(fā)揮殺傷靶細(xì)胞的效應(yīng)。
免疫反應(yīng)所產(chǎn)生的NO對(duì)鄰近組織和能夠產(chǎn)生NOS 的細(xì)胞也有毒性作用。某些與免疫系統(tǒng)有關(guān)的局部或系統(tǒng)組織損傷,血管和淋巴管的異常擴(kuò)張及通透性等,可能都與NO在局部的含量有著密切的關(guān)系。
心腦血管的作用機(jī)理
一氧化氮是氮的化合物,化學(xué)式NO,分子量30,氮的化合價(jià)為+2。由于一氧化氮帶有自由基,這使它個(gè)化學(xué)性質(zhì)非常活潑。具有順磁性。當(dāng)它與氧反應(yīng)后,可形成具有腐蝕性的氣體——二氧化氮(NO2)。一氧化氮在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為無(wú)色氣體,液態(tài)、固態(tài)呈藍(lán)色。一氧化氮改善心腦血管的作用機(jī)理。
一氧化氮的產(chǎn)生大致分為2種,一種是酶生性一氧化氮,一種是非酶生性一氧化氮。
非酶生性通過(guò)供體生成如硝酸甘油、硝普納等臨床藥物產(chǎn)生。酶生性必須有酶的參與,同時(shí)也要有前體物質(zhì)的。這種酶稱為一氧化氮合酶(NOS),人體內(nèi)有3種此類酶,分為內(nèi)皮型一氧化氮合酶,分布于血管內(nèi)皮細(xì)胞;神經(jīng)型一氧化氮合酶,分布于人體神經(jīng)元細(xì)胞當(dāng)中;最后一種叫誘導(dǎo)型一氧化氮合酶,分布于人體免疫細(xì)胞當(dāng)中如淋巴、T細(xì)胞當(dāng)中。
其中以海洋生物為主要原料提取出來(lái)的酶一種內(nèi)皮一氧化氮合酶 學(xué)術(shù)名稱:“一氧化氮海洋合酶” (NOSS),這種酶的活性更高,可以在增強(qiáng)體內(nèi)一氧化氮循環(huán)機(jī)制作用,源源不斷的產(chǎn)生一氧化氮。但是這種酶很少見(jiàn),必須是由海洋生物尖海龍、牡蠣、魚(yú)精蛋白等海洋珍貴物種才能提取產(chǎn)生出來(lái)。酶生性一氧化氮的合成公式是 L-精氨酸 + NOS + O2 = NO + L-瓜氨酸, 瓜氨酸又可以通過(guò)一些列的化學(xué)反應(yīng)生成精氨酸。具體可以看下圖分析:
在血管內(nèi)皮細(xì)胞里產(chǎn)生的一氧化氮?dú)怏w,由于它是脂溶性的,所以很快滲透出細(xì)胞膜向下擴(kuò)散進(jìn)入平滑肌細(xì)胞,從而作用于平滑肌細(xì)胞,使其松弛,擴(kuò)張血管,最終導(dǎo)致血壓的下降!同時(shí)也會(huì)很快滲透出細(xì)胞膜向上擴(kuò)散進(jìn)入血液,進(jìn)入血小板細(xì)胞,使血小板活性降低,抑制其凝集和向血管內(nèi)皮的粘附,從而防止血栓的形成,防止動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生。從生化角度來(lái)講,一氧化氮是一自由基氣體,攜帶一個(gè)未配對(duì)電子,在體內(nèi)極不穩(wěn)定,這一特性恰好和其它游離自由基一樣。這樣兩者就非常容易結(jié)合產(chǎn)生反應(yīng)。從而使體內(nèi)自由基數(shù)量大大減少。由于一氧化氮本身的合成需要一氧化氮合酶(NOS)的參與,但是正常情況下NOS的活性很低,需要硝基類藥物或者皂甙類活性物質(zhì)的激活。因此一氧化氮最佳的產(chǎn)生效果是和人參皂甙類物質(zhì)一起協(xié)同作用。
一氧化氮與人體功能
一氧化氮發(fā)現(xiàn)(nitric oxide,NO)廣泛分布于生物體內(nèi)各組織中,特別是神經(jīng)組織中。它是一種新型生物信使分子,1992年被美國(guó)Science雜志評(píng)選為明星分子。NO是一種極不穩(wěn)定的生物自由基,分子小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,常溫下為氣體,微溶于水,具有脂溶性,可快速透過(guò)生物膜擴(kuò)散,生物半衰期只有3-5s,其生成依賴于一氧化化氮合成酶(nitric oxide synthase,NOS)并在心、腦血管調(diào)節(jié)、神經(jīng)、免疫調(diào)節(jié)等方面有著十分重要的生物學(xué)作用。因此,受到人們的普遍重視。
NO生物活性的發(fā)現(xiàn)
醫(yī)學(xué)知識(shí)告訴我們,有兩種重要的物質(zhì)作用于血管平滑肌,它們分別是去甲腎上腺素和乙酰膽堿。去甲腎上腺素通過(guò)作用于血管平滑肌細(xì)胞受體而使其收縮。對(duì)于乙酰膽堿是如何作用于血管平滑肌使之舒張,其途徑尚不清楚,醫(yī)學(xué)界一起在致力于研究。
1980年,美國(guó)科學(xué)家Furchgott 在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)了一種小分子物質(zhì),具有使血管平滑肌松弛的作用,后來(lái)被命名為血管內(nèi)皮細(xì)胞舒張因子(endothelium-derived relaxing factor,EDRF)是一種不穩(wěn)定的生物自由基。并進(jìn)入相鄰平滑肌細(xì)胞,在平滑肌細(xì)胞內(nèi),EDRF激活鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶,導(dǎo)致cGMP水平升高,cGMP激活PKG,使平滑肌松弛,然而,EDRF被確認(rèn)為是NO。眾所周知,硝酸甘油是治療心膠痛的藥物,多年來(lái)人們一直希望從分子水平上弄清楚其治療機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),硝酸甘油和其它有機(jī)硝酸鹽本身并無(wú)活性,它們?cè)隗w內(nèi)首先被轉(zhuǎn)化為NO,是NO刺激血管平滑肌內(nèi)cGMP形成而使血管擴(kuò)張,這種作用恰好同EDRF具有相似性。1987年,Moncada等在觀察EDRF對(duì)血管平滑肌舒張作用的同時(shí),用化學(xué)方法測(cè)定了內(nèi)皮細(xì)胞釋放的物質(zhì)為NO,并據(jù)其含量,解釋了其對(duì)血管平滑肌舒張的程度。1988年,Polmer等人證明,L-精氨酸(L-argi-nine,L-Arg)是血管內(nèi)皮細(xì)胞合成NO的前體,產(chǎn)物是瓜氨酸和NO,過(guò)程由NO合酶(nitric oxide synthase,NOS)催化,從而確立了哺乳動(dòng)物體內(nèi)可以合成NO的概念。8
安全措施環(huán)境危害危險(xiǎn)特性:具有強(qiáng)氧化性。與易燃物、有機(jī)物接觸易著火燃燒。遇到氫氣爆炸性化合。接觸空氣會(huì)散發(fā)出棕色有酸性氧化性的棕黃色霧。一氧化氮較不活潑,但在空氣中易被氧化成二氧化氮,而后者有強(qiáng)烈腐蝕性和毒性。
該品不穩(wěn)定,在空氣中很快轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸a(chǎn)生刺激作用。氮氧化物主要損害呼吸道。吸入初期僅有輕微的眼及呼吸道刺激癥狀,如咽部不適、干咳等。常經(jīng)數(shù)小時(shí)至十幾小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間潛伏期后發(fā)生遲發(fā)性肺水腫、成人呼吸窘迫綜合征,出現(xiàn)胸悶、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫紺等。可并發(fā)氣胸及縱隔氣腫。肺水腫消退后兩周左右可出現(xiàn)遲發(fā)性阻塞性細(xì)支氣管炎。一氧化氮濃度高可致高鐵血紅蛋白血癥。慢性影響:主要表現(xiàn)為神經(jīng)衰弱綜合征及慢性呼吸道炎癥。個(gè)別病例出現(xiàn)肺纖維化。可引起牙齒酸蝕癥。
環(huán)境危害:對(duì)環(huán)境有危害,對(duì)水體、土壤和大氣可造成污染。
燃爆危險(xiǎn):該品助燃,有毒,具刺激性。
健康危害一氧化氮是宇航員暈厥發(fā)作的元兇
一氧化氮的過(guò)量產(chǎn)生會(huì)使血管擴(kuò)張,這樣就可以解釋為什么宇航員在太空飛行之后會(huì)產(chǎn)生暈厥,以及可以解釋許多陸地上發(fā)生的類似現(xiàn)象。
這種太空中宇航員經(jīng)歷的微重力現(xiàn)象,很象太空中的宇航員或長(zhǎng)期久臥在床的病人馬上要起來(lái)時(shí)的感覺(jué),這時(shí)人們會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的血管擴(kuò)張劑--一氧化氮,從而導(dǎo)致血壓降低,流往頭部的血液減少,出現(xiàn)暈厥。
在對(duì)大鼠的試驗(yàn)中,加州大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn),低重力環(huán)境下,大鼠產(chǎn)生一氧化氮的兩種酶增多,而且,給予大鼠藥物抑制其中一種酶時(shí),它們的血壓升高,這給研究人員一個(gè)提示:抑制一氧化氮對(duì)宇航員和長(zhǎng)期臥床患者的暈厥是一種有效的治療。這份研究報(bào)告發(fā)表在7月份出版的《實(shí)用生理學(xué)》雜志上。
在我們正常的直立的生活中,重力使血液流往下肢,因此身體下部的血管收縮以確保有足夠的血液流往相反的方向。在低重力環(huán)境下,人全身的血壓一樣,當(dāng)宇航員返回地球時(shí),他們身體下部過(guò)度舒張的血管使頭部血壓急劇下降,于是在站立時(shí),不可避免地要暈倒。
人們看到宇航員登陸后輕松地大步行走,是因?yàn)樗麄兇┲訅旱囊路?,能保持健康的血壓。但是,他們的衣服只能穿這么久,而適應(yīng)重力需要一段時(shí)間。
研究人員說(shuō):"長(zhǎng)期臥床的患者其情況與宇航員相似,好像不受重力的影響。因此,在試圖站立時(shí)會(huì)暈倒。"
接觸防護(hù)職業(yè)接觸限值
中國(guó)MAC(mg/m3):5[NO2]
前蘇聯(lián)MAC(mg/m3):5
TLVTN:ACGIH 25ppm,31mg/m3
TLVWN:未制定標(biāo)準(zhǔn)
監(jiān)測(cè)方法:鹽酸萘乙二胺比色法
工程控制:嚴(yán)加密閉,提供充分的局部排風(fēng)和全面通風(fēng)。提供安全淋浴和洗眼設(shè)備。
呼吸系統(tǒng)防護(hù):空氣中濃度超標(biāo)時(shí),佩戴自吸過(guò)濾式防毒面具(半面罩)。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí),建議佩戴空氣呼吸器。
眼睛防護(hù):戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡。
身體防護(hù):穿透氣型防毒服。
手防護(hù):戴防化學(xué)品手套。
其他防護(hù):工作現(xiàn)場(chǎng)禁止吸煙、進(jìn)食和飲水。保持良好的衛(wèi)生習(xí)慣。
消防措施有害燃燒產(chǎn)物:氧化氮。
滅火方法:消防人員必須穿全身防火防毒服,在上風(fēng)向滅火。切斷氣源。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場(chǎng)移至空曠處。滅火劑:霧狀水。
泄漏處理應(yīng)急處理:迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處,并立即隔離150m,嚴(yán)格限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防毒服。盡可能切斷泄漏源。合理通風(fēng),加速擴(kuò)散。噴霧狀水稀釋、溶解。構(gòu)筑圍堤或挖坑收容產(chǎn)生的大量廢水。漏氣容器要妥善處理,修復(fù)、檢驗(yàn)后再用。
廢棄處置廢棄處置方法:根據(jù)國(guó)家和地方有關(guān)法規(guī)的要求處置?;蚺c廠商或制造商聯(lián)系,確定處置方法。
儲(chǔ)存運(yùn)輸運(yùn)輸注意事項(xiàng)運(yùn)輸注意事項(xiàng):鐵路運(yùn)輸時(shí)須報(bào)鐵路局進(jìn)行試運(yùn),試運(yùn)期為兩年。試運(yùn)結(jié)束后,寫(xiě)出試運(yùn)報(bào)告,報(bào)鐵道部正式公布運(yùn)輸條件。采用剛瓶運(yùn)輸時(shí)必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放,并應(yīng)將瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超過(guò)車(chē)輛的防護(hù)欄板,并用三角木墊卡牢,防止?jié)L動(dòng)。嚴(yán)禁與易燃物或可燃物、鹵素、食用化學(xué)品等混裝混運(yùn)。夏季應(yīng)早晚運(yùn)輸,防止日光曝曬。公路運(yùn)輸時(shí)要按規(guī)定路線行駛,禁止在居民區(qū)和人口稠密區(qū)停留。鐵路運(yùn)輸時(shí)要禁止溜放。
操作注意事項(xiàng)嚴(yán)加密閉,提供充分的局部排風(fēng)和全面通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過(guò)專門(mén)培訓(xùn),嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過(guò)濾式防毒面具(半面罩),戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡,穿透氣型防毒服,戴防化學(xué)品手套。遠(yuǎn)離火種、熱源,工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。遠(yuǎn)離易燃、可燃物。防止氣體泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。避免與鹵素接觸。搬運(yùn)時(shí)輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。
儲(chǔ)存注意事項(xiàng)儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫(kù)溫不宜超過(guò)30℃。應(yīng)與易(可)燃物、鹵素、食用化學(xué)品分開(kāi)存放,切忌混儲(chǔ)。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。2
毒理學(xué)資料1、急性毒性數(shù)據(jù):大鼠吸入LC50:1068 mg/m3/4H;小鼠吸入LCLo:320ppm;哺乳動(dòng)物狗吸入LCLo:5000 ppm/25M。
2、其它多劑量數(shù)據(jù):大鼠吸入TCLo:50 mg/m3/6H/7W-I;大鼠吸入TCLo:3 mg/m3/24H/16D-C;小鼠吸入TCLo:10 ppm/2H/30W-I。
3、致突變數(shù)據(jù):細(xì)菌-鼠傷寒沙門(mén)氏菌:30 ppm;大鼠吸入27 ppm/3H(連續(xù))突變?cè)诓溉閯?dòng)物體細(xì)胞;嚙齒動(dòng)物-倉(cāng)鼠成纖維細(xì)胞10 ppm突變?cè)诓溉閯?dòng)物體細(xì)胞。
4、是一血液毒物,轉(zhuǎn)變氧合血紅蛋白為變性血紅蛋白而發(fā)紺,使大腦受損傷產(chǎn)生麻痹和痙攣。輕度中毒時(shí),移至新鮮空氣中癥狀可消失。由于一氧化氮在空氣中很快變?yōu)槎趸笳邔?duì)人體也有毒害,對(duì)肺組織產(chǎn)生刺激和腐蝕作用,引起肺水腫。慢性作用主要表現(xiàn)為神經(jīng)衰弱綜合癥及慢性呼吸道炎癥。個(gè)別出現(xiàn)肺纖維化。此外,還可出現(xiàn)牙齒酸蝕癥。
5、一氧化氮能引起中樞神經(jīng)麻痹和痙攣。人吸收一氧化氮會(huì)迅速氧化成有毒的二氧化氮。中毒癥狀和二氧化氮相同??諝庵幸谎趸淖罡呷菰S濃度(折合成二氧化氮)居住區(qū)為0.15mg/m3,工作場(chǎng)所為5mg/m3。
6.急性毒性 ,LC50:1068mg/m3(大鼠吸入,4h)。
7.致突變性:,微生物致突變:鼠傷寒沙門(mén)菌30ppm。哺乳動(dòng)物體細(xì)胞突變:大鼠吸入27ppm(連續(xù),3h)。2
相關(guān)法規(guī)法規(guī)信息 化學(xué)危險(xiǎn)物品安全管理?xiàng)l例9,化學(xué)危險(xiǎn)物品安全管理?xiàng)l例實(shí)施細(xì)則 (化勞發(fā)[1992] 677號(hào)),工作場(chǎng)所安全使用化學(xué)品規(guī)定 ([1996]勞部發(fā)423號(hào))等法規(guī)10,針對(duì)化學(xué)危險(xiǎn)品的安全使用、生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸等方面均作了相應(yīng)規(guī)定;常用危險(xiǎn)化學(xué)品的分類及標(biāo)志 (GB 13690-92)將該物質(zhì)劃為第2.3 類有毒氣體;劇毒物品分級(jí)、分類與品名編號(hào)(GA 57-93)中,該物質(zhì)的液化或壓縮品被劃為第一類 A級(jí)無(wú)機(jī)劇毒品。
本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:
唐浩宇 - 教授 - 湘潭大學(xué)