Dušik-monoksid ili dušik(II)-oksid je hemijski spoj dušika i kisika koji ima hemijsku formulu NO. On je slobodni radikalPrinciples and Applications of ESR Spectroscopy, Anders Lund, Masaru Shiotani, Shigetaka Shimada 2010, Outi Aikio Pulmonary nitric oxide in preterm and term infants with respiratory failure Department of Paediatrics, University of Oulu, 2002Kerwin JF, Jr., Heller M (1994) The arginine-nitric oxide pathway: a target for new drugs. Med Res Rev 14:23-74. i važan je međuproizvod u hemijskoj industriji. On je bezbojni plin, slabo topljiv u vodi, ne gori i ne podržava gorenje. Nestabilan je na zraku. Dušik-monoksid je nusproizvod sagorijevanja određenih materija u prisustvu zraka, kao što je sagorijevanje unutar automobilskih motora, elektrana koje se pogone na fosilna goriva, a proizvodi se i u prirodi u procesima električkog pražnjenja u munjama. U organizmima sisara, kao i kod čovjeka, NO je važna molekula u ćelijama koja se nalazi u mnogim patološkim i fiziološkim procesima. On je moćan vazodilator (proširuje krvne sudove) sa kratkim poluvremenom djelovanja u krvi od nekoliko sekundi. Davno poznati farmaceutski preparati poput nitroglicerina ili amil-nitrita su okriveni gotovo stotinu godina nakon njihove prve primjene u medicini, a danas je poznato da su oni aktivni kroz mehanizme gdje su prethodnici dušik-monoksida. Manji nivoi NO su važni u zaštiti organa poput jetre za ishemičnih oštećenja. Dušik-monoksid se razlikuje od dušik-suboksida (dušik(I)-oksid ili N2O), koji je anestetski i staklenički plin, kao ni sa dušik-dioksidom (dušik(IV)-oksid ili NO2), koji je tamni, crvenosmeđi otrovni plin i jedan od velikih zagađivača zraka. Međutim, dušik-monoksid vrlo brzo oksidira u zraku i prelazi u dušik-dioksid. Ovaj proces je otkrio Humphry Davy kada je udisao ovaj plln u početku svoje naučne karijere. Iako je na prvi pogled jednostavna molekula, NO je važan biološki regulator i osnovna komponenta u oblastima neurologije, fiziologije i imunologije, čije je otkriće njegovih ključnih uloga dovelo do nekoliko Nobelovih nagrada istraživačima u ovoj oblasti. Proglašena je Molekulom godine 1992. godine.
Reakcije Kada je izložen kisiku iz zraka, NO prelazi u dušik-dioksid (NO2) 2 NO + O2 → 2 NO2 Sumnja se da ova reakcija ima jedan međuproizvod u vidu spoja ONOONO. U vodi, NO reagira sa kisikom i vodom te daje HNO2 ili nitritnu kiselina. Smatra se da se reakcija odvija putem sljedeće stehiometrije. 4 NO + O2 + 2 H2O → 4 HNO2NO NO može reagirati sa fluorom, hlorom i bromom te daje XNO spojeve (gdje je X= F, Cl ili Br), poznate kao nitrosil halidi, čiji je predstavnik nitrosil-hlorid. Moguće je napraviti i nitrosil-jodid ali je to vrlo nestabilan spoj koji teži prelasku u molekularni jod. 2 NO + Cl2 → 2 NOCl
Nitroksil (HNO) je redukovani oblik dušik-oksida.
Dušik-oksid reagira s acetonom i alkoksidom dajući diazenijdiolat ili nitrozohidroksilamin i metil-acetat. centar|418x418px
Ovo je veoma stara reakcija (1898) ali i danas je zanimljiva u istraživanju NO prolijekova. Dušik-oksid također može reagirati direktno sa natrij-metoksidom dajući natrij-format i NO2.
Proizvodnja Industrijski, dušik-monoksid se pravi oksidacijom amonijaka pri temperaturi od 750 °C do 900 °C (uobičajeno oko 850 °C) uz platinu kao katalizator:
4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O
Postoji i nekatalizirana endotermna reakcija molekula O2 i N2, koja se odvija na vrlo visokoj temperaturi (iznad 2000 °C) unutar munja, ali takva metoda nije našla primjenu u industriji i praksi (pogledajte Birkeland–Eydeov proces):
N2 + O2 → 2 NO
Laboratorijski, NO se lahko pravi redukcijom razrijeđene dušične kiseline sa bakrom:
8 HNO3 + 3 Cu → 3 Cu(NO3)2 + 4 H2O + 2 NO
ili redukcijom nitritne kiseline u obliku natrij-nitrita ili kalij-nitrita:
2 NaNO2 + 2 NaI + 2 H2SO4 → I2 + 4 NaHSO4 + 2 NO 2 NaNO2 + 2 FeSO4 + 3 H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 2 NaHSO4 + 2 H2O + 2 NO 3 KNO2 (t) + KNO3 (t) + Cr2O3(č) → 2 K2CrO4(č) + 4 NO (g) Proces koji uključuje željezo(II)-sulfat je izuzetno lahak i najčešće ga koriste studenti u školskim laboratorijama. Takozvani spoj NONOat se također koristi za dobijanje dušik-monoksida.
Hemija kompleksnih spojeva Dušik-monoksid reagira sa svim prelaznim metalima i s njima daje komplekse koji se nazivaju metalni nitrosili. Najčešći način vezivanja NO je preko terminalne linearne veze (M-NO). Ugao vezivanja u M-NO grupi se kreće između 160° to 180°, te se i pored toga naziva linearna veza. U ovom slučaju, NO grupa se smatra donorom tri elektrona pod kovalentnom (neutralnom) metodom brojanja elektrona, ili donorom dva elektrona ako se koristi ionska metoda.Robert H. Crabtree: "The Organometallic Chemistry of the Transition Metals", John Wiley and Sons, 2005, , str. 32.
U slučajevima zakrivljene M-NO konformacije, smatra se da je NO grupa donor jednog elektrona koristeći neutralno brojanje, odnosno donor dva elektrona koristeći ionsko brojanje.Robert H. Crabtree: "The Organometallic Chemistry of the Transition Metals", John Wiley and Sons, 2005, , str. 96–98. Neki smatraju ove komplekse derivatima NO+, koji su izoelektronski sa ugljik-monoksidom.
Dušik-monoksid može služiti i kao jednoelektronski pseudohalid. U takvim kompleksima, M-NO grupu karakterizira ugao između 120° i 140°. NO grupa može također služiti i kao most između metalnih atomskih centara kroz atom dušika u mnogo geometrijskih načina.
Mjerenje koncentracije thumb|250px|Dušik-monoksid (bijelo) u ćelijama zimzelenog drveća, predstavljeno pomoću DAF-2 DA (diaminofluoroscein diacetata) Koncentracija dušik-monoksida se može odrediti koristeći jednostavnu reakciju hemiluminescencije pomoću ozona. Uzorak koji sadrži NO se pomiješa sa velikom količinom ozona. Dušik-monoksid reagira sa ozonom i daje kisik i dušik-dioksid. Ova reakcija proizvodi svjetlost (hemiluminescencija), a koja se može izmjeriti pomoću fotodetektora. Količina proizvedene svjetlosti je srazmjerna količini dušik-monoksida u uzorku.
NO + O3 → NO2 + O2 + svjetlost
Druge metode ispitivanje uključuju elektroanalizu (amperometrijski pristup), kada NO reagira sa elektrodom inducirajući promjenu u naponu ili jačini struje. Detekcija NO radikala u biološkim tkivima je djelimično otežana zbog kratkog poluvremena djelovanja i koncentracije ovih radikala u tkivima. Jedna od malobrojnih praktičnih metoda je takozvano hvatanje spina dušik-monoksida sa željezo-ditiokarbamat kompleksima i naknadno otkrivanje mononitrosil-željezo kompleksa sa EPR (elektron paramagnetnom rezonansom).
Grupa fluorescentnih indikatora boje također može poslužiti za dokazivanje prisustva dušik-monoksida. Oni su dostupni u acetiliranom obliku za mjerenja unutar ćelija. Najčešći spoj je 4,5-diaminofluorescein (DAF-2).
Rasprostranjenost Iz termodinamičke perspektive, NO je nestabilan u odnosu na O2 i N2, iako je ova konverzija veoma spora na normalnim temperaturama (20 °C) i bez prisustva katalizatora. Pošto je toplota spajanja NO endotermna, njegova sinteza iz molekularnog dušika i kisika zahtijeva povišenu temperaturu iznad 1000 °C. Osnovni prirodni izvor dušik monoksida su munje. Korištenje motora sa unutrašnjim sagorijevanjem izrazito povećava prisustvo NO u okolini. Jedna od funkcija automobilskih katalizatora je da svedu ispuštanje NO u atmosferu na minimum putem njegove katalitičke reverzije u O2 i N2.
Dušik-monoksid u zraku može preći u dušičnu kiselinu, što dovodi do pojave kisele kiše. Međutim, on je važan i kao izvor hrane za biljke u obliku nitrata. Pored toga, NO i NO2 učestvuju u procesu uništavanja ozonskog omotača. Dušik-monoksid je široko rasprostranjena bioaktivna molekula.
Upotreba Iako dušik-monoksid ima relativno mali broj neposrednih načina upotrebe, proizvodi se u velikim količinama kao međuproizvod u Ostwaldovom procesu za sintezu dušične kiseline iz amonijaka. Tokom 2005. samo u SAD proizvedeno je oko šest miliona metričkih tona dušične kiseline.“Production: Growth is the Norm” Chemical and Engineering News, 10. juli 2006, str. 59. Dušik-monoksid je pronašao upotrebu u industriji poluprovodnika za radne procese. Jedan od načina njegove upotrebe je korištenje zajedno sa dušik-oksidom za proizvodnju silikatnih oksinitridnih ulaza u CMOS uređajima. Dušik-monoksid se može koristiti za otkrivanje površinskih radikala na polimerima. Kaljenje površine radikala sa NO rezultira ugradnjom dušika, što se može izmjeriti pomoću fotoelektronske spektroskopije X-zracima.
Biološka uloga Dušik-monoksid je jedan od malobrojnih poznatih signalnih molekula u gasovitom stanju. Pored toga, jedinstvena je u tome što je to radikalni gas. On je ključni biološki prijenosnik signala kod kičmenjaka i igra ulogu u raznim biološkim procesima.Weller, Richard, Could the sun be good for your heart? TedxGlasgow March 2012, posted January 2013 On je poznati bioproizvod kod gotovo svih vrsta organizama, uključujući bakterije, biljke, gljive i životinjske ćelije.Roszer, T (2012) The Biology of Subcellular Nitric Oxide. Dušik-monoksid se ponekad izjednačavaL J Ignarro, G M Buga, K S Wood, R E Byrns, G Chaudhuri (1987) Endothelium-derived relaxing factor produced and released from artery and vein is nitric oxide , PNAS vol. 84 br. 24, decembar 1987, str.9265–9269 sa EDRF (engl. endothelium-derived relaxing factor, opuštajući faktor deriviran u endotelu), mada se naknadno otkrilo da je on samo primarni EDRF te da postoje i određeni sekundarni.Fleming I, Busse R. (1999) NO: the primary EDRF, J Mol Cell Cardiol. 1999 Jan;31(1):5-14. On se endogeno sintetizira iz L-arginina, kisika i NADPH pomoću različitih enzima sintetaza dušik-monoksida (NOS). Redukcijom neorganskih nitrata se također može dobiti dušik-monoksid. Endotel (unutrašnje tkivo) krvnih sudova koristi NO za slanje signala okolnim glatkim mišićima da se opuste, što rezultira vazodilacijom (proširenjem krvnih sudova) i povećanjem protoka krvi kroz njih. Dušik-monoksid je izuzetno reaktivan (poluvrijeme života mu iznosi nekoliko sekundi), te se slobodno raspršava kroz membrane. Ove osobine čine NO idealnom za ulogu prolazne parakrine (između susjednih ćelija) i autokrine (unutar neke ćelije) signalne molekule.
Farmakokinetika
Dušik-monoksid se sistematski apsorbira nakon udisanja. Veći dio se prenosi preko pulmonarnog kapilarnog korita gdje se spaja na hemoglobin koji je od 60% do 100% zasićen kisikom. Nitrat se identificira uglavnom kao metabolit dušik-monoksida a izbacuje se putem mokraće, na šta se odnosi preko 70% inhaliranog NO. Nitrati se uklanjaju iz plazme preko bubrega brzinom koja dostiže brzinu glomerularnog filtriranja.
Reference
Vanjski linkovi
Međunarodna kartica hemijske sigurnosti 1311 Nacionalna arhiva zagađivača – Oksidi dušika Nobelova nagrada za fiziologiju/medicinu za 1998 za otkriće uloge NO u kardiovaskularnoj regulaciji Dušik-monoksid i njegova uloga u šećernoj bolesti, liječenju rana i periferalnoj neropatiji Gasna hemija u mikroskali: Eksperimenti sa dušik-monoksidom Vaš mozak se pali kao računar – novi pogledi oko biološke uloge dušik-monoksida. Nova otkrića u vezi NO daju otkriće prolijekova za shizofreniju Dušik monoksid u hemijskoj bazi podataka
Kategorija:Neurotransmiteri Kategorija:Slobodni radikali