Новые возможности известной молекулы оксида азота(II)
¨ НЕМНОГО ИСТОРИИ
Оксид азота (II) NO(или окись азота) был открыт 1774 году английским исследователем Джозефом Пристли (1733 – 1804), который впервые выполнил реакцию 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
¨ СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА
К тому времени были хорошо изучены свойства этого вещества. NO может быть как и восстановителем так и окислителем. Оно чрезвычайно легко окисляется под действием кислорода и галогенов, например хлора:
NO2 + CL = 2NOCL (хлористый нитрозил)
Легкое окисление кислородом было использовано еще в ХVIII веке, при камерном способе получения серной кислоты, где окись азота играет роль катализатора-переносчика кислорода, что видно из следующих реакций: 2NO + O2 = 2NO2 SO2 + H2O = H2SO3 NO2 + H2SO3 = NO + H2SO4
NO охотно реагирует с восстановителями, причем восстановление обычно идет до тармодинамически стабильного молекулярного азота:
2NO + H2S = N2 + 2S + 2H2O NO + 2H2 = N2 + 2H2O
2NO + 2CO = N2 + 2CO2
хотя, в принципе подбором условий можно превратить NO и в другие соединения со степенями окисления от –1 до 3, как это, например, происходит в реакции синтеза N2O.
¨ Строение молекулы
Окиси азота, во многом сходной с молекулами кислорода, оксида углерода(II) и HCN: :N=O: :O=O: :C=O: H-C=N: сообщает ей такое общее с ними свойство, как способность к образованию комплексов. Примером образования комплекса с участием NO служит обнаруженная еще Пристли реакция на нитрат-ион, называемая реакцией “БУРОГО КОЛЬЦА”. Сначала под действием сульфата железа нитрат-ион восстанавливается в NO:
6FeSO4 + 2KNO3 + 4H2SO4 = 2Fe2(SO4) + 2NO +4H2O
а затем с избытком FeSO4 образуется окрашенный в бурый цвет комплекс:
FeSO4(изб.) + NO +H2O = [Fe(H2O)5 NO]SO4
¨ УЧАСТИЕ В ФИКСАЦИИ АЗОТА
В конце ХIХ века промышленность стала нуждаться в больших количествах азотосодержащих соединений для производства красителей, взрывчатых веществ, удобрений. В настоящее время основной схемой фиксации азота является синтез аммиака, а окись азота играет важную роль в технологическом процессе последующего превращения аммиака в азотную кислоту. Она получается каталитически окислением аммиака.
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
Выполнение реакции на практике натолкнулось на некоторые трудности, важнейшей из которых является возможность сгорания не до окиси азота, а до молекулярного азота. Для предотвращения этого контакт газовой смеси с катализатором должен быть минимальным, в результате выход окиси азота достигает 98%.
¨ СТАРТЕР ФОТОХИМИЧЕСКОГО СМОГА. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОКСИДАМИ АЗОТА.
В настоящее время уже до 0,7х108 т азота в год связывается при взаимодействии азота с кислородом воздуха в результате высокотемпературных процессов, вызванных хозяйственной деятельностью. Половина производимой человеком окиси азота образуется в результате сжигания топлива в промышленных установках и другая половина – за счет работы транспорта. Оксиды азота (NxOy) способны вызывать двоякое загрязнение окружающей среды. Во-первых, они растворяются в воде с образованием азотистой и азотной кислоты. Во-вторых, оксиды азота могут соединяться с углеводородами, что приводит к возникновению фотохимического смога. Окислы азота – пусковые вещества фотохимического смога, а образующиеся вещества химически активны и разрушают живые ткани, вызывая удушье, а в экстремальных случаях гибель людей, увядание растений, коррозию металлов, разрушение резины, красителей и других материалов. Итак, оксид азота – важный фактор, определяющий состояние окружающей нас атмосферы и внешние условия существования.
¨ 1992 ГОД – МОЛЕКУЛА ГОДА
Однако это же вещество, как казалось, является и мощным внутренним биорегулятором. В организме человека NO образуется из аминокислоты – аргинина в результате реакции, которая катализируется
ферментом, получившим название NO- синтетаза (синтетаза окиси азота – СОА). Общая продукция окиси азота в организме превышает 100 мг в сутки. Окись азота попадает в клетки стенок кровеносных сосудов, где действует на белки, содержащие геминовое железо. Это вызывает расслабление гладких мышц сосудов, посредством чего осуществляется локальная ауторегуляция кровотока. Ослабление действия этого механизма приводит к развитию гипертонии. Избыточная продукция NO чревата тяжелыми немедленными последствиями. Это реализуется при эндотоксическом шоке, когда грамотририцательные бактерии вызывают мощное образование NO в гладких мышцах сосудов, что приводит к падению кровяного давления и развитию характерных для шока нарушений кровообращения.
Важны функции NO в головном мозгу. Диффузия NO от нейронов к пресинаптическим мембранам является необходимым –условием феномена, связанного с функционированием механизмов памяти и формированием устойчивых патологических связей в нервной системе.
С окисью азота связаны регуляция секреции инсулина и развитие диабета вследствие гибели клеток поджелудочной железы при вирусных инфекциях, регуляция почечной фильтрации, регуляция репаративных процессов в костной и кожной тканях, регуляция слизеобразования в кишечном эпителии. Нельзя не отметить терапевтические воздействия, направленные на процессы образования NO, для пульмонологии при острой респираторной недостаточности, отеке легкого, синдроме шокового легкого. Ингаляция газовой смеси, содержащей NO,снижает уровень легочной гипертонии. Учёным удалось предотвратить развитие ишемической болезни сердца. Следовательно, этот считавшийся крайне токсичным газ становиться лекарственным препаратом. Лекарственное воздействие окиси азота используется уже давно. Нитроглицерин – типичный пример пролекарства. Пролекарство – химически модифицированное форма лекарственного средства, которое в биосредах в результате метаболических процессов превращается в само лекарственное средство. Гемоглобин крови и железосодержащие ферментные системы гладкомышечных клеток восстанавливают нитрат-ион с образованием окиси азота (см. реакцию «бурого кольца»):
3 Fe2+ + NO- + 4H+ = 3Fe3+ + NO + 2H2O
Окись азота и оказывает терапевтическое действие. Введение ингибиторов СОА (Синтетазы окиси Азота) до начала ишемии приводило к противоположному результату. Это указывает на возможность разностороннего действия NO в патогенезе инсульта.
¨ NO-физиология
Складывается новое направление в теоретической медицине, именуемое NO-физиологией, которое занимается исследованием роли этого вещества в тех или иных жизненных процессах, изучением их тонких механизмов и клинических проявлений, конструированием новых лекарственных препаратов. В связи с этой проблемой заслуживает отдельного комментария ситуация, связанная с ролью нитрат-иона в практической деятельности человека и с его воздействием на организм.
Принято считать, что нитрат-ион, поступающий в организм вследствие загрязнения окружающей среды азотсодержащими промышленными и бытовыми отходами, оказывает отрицательное воздействие на состояние здоровья. По оценкам, в развитых странах человек в сутки получает с едой и питьем до 400 мг нитрат-иона.
Таким образом, требуется более глубокий анализ роли нитрат-иона в организме. Это, конечно, не распространяется на случаи отравления нитрат-ионом при одноразовом поступлении аномально высоких количествах нитрат-иона. Последняя ситуация особенно часто возникает при неумеренном употреблении овощей и фруктов, обработанных повышенными количествами нитрата. Продукты метаболизма нитрат-иона вызывают превращение гемоглобина в неспособный к связыванию с кислородом метгемоглобин, что вызывает удушье.
¨ ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренный пример демонстрирует роль двухатомной молекулы и ее реакцией в самых различных областях человеческой практики – от промышленных процессов и работы двигателя внутреннего сгорания до тонких механизмов биорегуляции. Последний и самый современный аспект открывает новые возможности для науки о здоровья человека. В частности, обращено внимание на возможную роль в биорегуляции таких метаболитов с родственным строением, как CO и HCN, и уже имеются данные, что эти вещества, которые в ничтожных средах присутствуют в биосредах, выполняют важную физиологическую роль.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Джуа М. История химии. М.: Мир, 1982.
2. Некрасов Б.В. Основы общей химии. М.: Химия, 1989.
3. Химия и общество. М.: Мир, 1995.
4. Химия окружающей среды. М.: Химия, 1982.
5. Проблемы фиксации азота. М.: Мир, 1982.
6. Голубев А.Г.//Междунар. Мед. Обзоры. 1993, т.1
7. Цыганенко О.И. и др. //Гигиена и санитария. 1989. №4
8. Соросовский образовательный журнал, № 10, 1997.
Tags: Научная работа