Lämmastikoksiid

Lämmastikoksiid on binaarne ühend valemiga NO. See on üks paljudest lämmastiku oksiididest ning on omaduste poolest nn neutraalne oksiid (ehk siis ei anna happelist ega aluselist saadust veega reageerimisel ega reageeri aluste või hapetega). Ühendi korrektsem nimetus on lämmastikmonooksiid, rõhutamaks lämmastiku ja hapniku aatomite 1:1 suhet aine molekulis.[1]

Lämmastikoksiidi Lewis'e struktuur.

Organismisiseselt on lämmastikmonooksiid oluline sekundaarne virgatsaine, mis aktiveerib guanülaaditsüklaasi lahustuvat vormi ja reguleerib seekaudu veresoonte laienemist ning lihaste lõtvumist. Atmosfääri sattudes käitub NO aga saasteainena.[2][3]

Struktuur ja keemilised omadused muuda

 
Näide ruteeniumi kompleksist, kus üheks ligandiks on NO; teiste ligandidena käituvad püridiinituumad ja kloriidioon. Ruteenium on näidatud tumesinisena, lämmastik sinisena, hapnik punasena, süsinik hallina, vesinik valgena, kloor rohelisena.

NO molekulis on hapniku- ja lämmastikuaatomi vahel kaksikside, mistõttu lämmastiku üks valentsidest on täitmata. Seega jääb lämmastikuaatomi väliskihi üks elektronidest lämmastikoksiidi koostises n-ö vabaks ning NO näol on tegemist radikaaliga.[4]

Normaaltingimustel on NO värvitu ja lõhnatu gaas, mis on õhust vaid veidi raskem: NO molekulmass on 30 g/mol, samas kuiva õhu (kui gaaside segu) keskmine molekulmass on ligi 29 g/mol. NO lahustub mõningal määral vees, kuid ei reageeri veega. Sarnaselt paljude teiste gaasidega, väheneb NO lahustuvus temperatuuri tõustes või puhtale veele soola lisamisel.[5][6]

Lämmastikmonooksiid oksüdeerub suhteliselt kergesti, moodustades lämmastikdioksiidi (NO2). Vesilahustes sisalduva hapniku toimel oksüdeerub NO nitritiooniks (NO2-).[7]

NO on võimeline reageerima nii d-metallide kui orgaaniliste ainetega (eriti nukleofiilidega). NO seostumist molekuliga nimetatakse ka nitrosüülimiseks. Näiteks valkudes on tsüsteiinijäägi tiooli nitrosüülimine translatsioonijärgseks modifikatsiooniks, mis on seotud rakkude redokstasakaaluga, aga ka insuliini sekreteerimisega.[8][9] Metallide nitrosüülkomplekse kasutatakse aga orgaanilises sünteesis katalüsaatoritena.[10]

Tootmine tööstuses, laboris ja organismides muuda

 
Vase reageerimisel lämmastikhappega tekib enamasti lämmastiku oksiidide segu. Visuaalselt on nähtavam lämmastikdioksiid, sest see on pruunika värvusega. Värvitu lämmastikmonooksiid tekib eelistatult just lahjema happe reageerimisel vasega.

Tööstuses saadakse NO põhiliselt ammoniaagi katalüütilise põletamise kaudu (temperatuuril üle 600 °C):[11]

4NH3 + 5O2 + katalüsaator (Pt, V2O5 vms) → 4NO + 6H2O + katalüsaator

Laboratoorselt on lihtsaimaks NO saamise viisiks metallilise vase reaktsioon lahja lämmastikhappega:[12]

8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO

Elusorganismide rakkudes NO vastutab sünteesi eest ensüümide NO-süntaaside (NOS) perekond. Lämmastiku allikana kasutatakse arginiini guanidinorühma ning hapnik tuleneb sissehingatavast molekulaarsest hapnikust.[13]

Roll saasteainena muuda

Olenevalt sellest, mis atmosfäärikihis NO on ja millised on valitsevad valgusolud, võib NO käivitada osooni teket (troposfääris) või vastupidiselt põhjustada osooni lagunemist (stratosfääris). Osooni lagunemine on problemaatiline, sest stratosfääris paiknev osoonikiht neelab UV-kiirgust ja kaitseb maapealset elu päikeselt tuleva UV-kiirguse kahjulike mõjude eest. Samas maapinna-lähedane (ingl k ground-level) ehk troposfäärne osoon on oma oksüdeeriva toime tõttu ise kahjulik nii inimeste tervisele kui ümbritsevale keskkonnale. Seega käitub NO igal juhul keskkonna saasteainena, eriti koostöös lämmastikdioksiidiga.[14][15][16][17]

Viited muuda

  1. Richter-Addo, George B.; Legzdins, Peter; Burstyn, Judith (1. aprill 2002). "Introduction: Nitric Oxide Chemistry". Chemical Reviews (inglise). 102 (4): 857–860. DOI:10.1021/cr010188k. ISSN 0009-2665.
  2. Purves, Dale; Augustine, George J.; Fitzpatrick, David; Katz, Lawrence C.; LaMantia, Anthony-Samuel; McNamara, James O.; Williams, S. Mark (2001), "Second Messengers", Neuroscience. 2nd edition (inglise), Sinauer Associates, vaadatud 13. augustil 2023
  3. Jarvis, Debbie J.; Adamkiewicz, Gary; Heroux, Marie-Eve; Rapp, Regula; Kelly, Frank J. (2010), "Nitrogen dioxide", WHO Guidelines for Indoor Air Quality: Selected Pollutants (inglise), World Health Organization, vaadatud 13. augustil 2023
  4. Lancaster, Jack R (2015). "Nitric oxide: a brief overview of chemical and physical properties relevant to therapeutic applications". Future Science OA. 1 (1). DOI:10.4155/fso.15.59. PMC 5137977. PMID 28031866.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link)
  5. Sterpenich, Jérôme; Caumon, Marie‐Camille; Lachet, Véronique; Creton, Benoit; El Jarmouni, Mohamed; Randi, Aurélien; Robert, Pascal (2022). "NO solubility in water and brine up to 60 MPa and 373 K by combining Raman spectroscopy and molecular simulation". Journal of Raman Spectroscopy (inglise). 53 (3): 645–653. DOI:10.1002/jrs.6072. ISSN 0377-0486.
  6. Zacharia, Ian G.; Deen, William M. (1. veebruar 2005). "Diffusivity and Solubility of Nitric Oxide in Water and Saline". Annals of Biomedical Engineering (inglise). 33 (2): 214–222. DOI:10.1007/s10439-005-8980-9. ISSN 1573-9686.
  7. Ignarro, L J; Fukuto, J M; Griscavage, J M; Rogers, N E; Byrns, R E (1993). "Oxidation of nitric oxide in aqueous solution to nitrite but not nitrate: comparison with enzymatically formed nitric oxide from L-arginine". Proceedings of the National Academy of Sciences (inglise). 90 (17): 8103–8107. DOI:10.1073/pnas.90.17.8103. ISSN 0027-8424. PMC 47296. PMID 7690141.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link)
  8. Fernando, Veani; Zheng, Xunzhen; Walia, Yashna; Sharma, Vandana; Letson, Joshua; Furuta, Saori (2019). "S-Nitrosylation: An Emerging Paradigm of Redox Signaling". Antioxidants (inglise). 8 (9): 404. DOI:10.3390/antiox8090404. ISSN 2076-3921.
  9. Zhou, Hua-Lin; Premont, Richard T.; Stamler, Jonathan S. (2022). "The manifold roles of protein S-nitrosylation in the life of insulin". Nature Reviews Endocrinology (inglise). 18 (2): 111–128. DOI:10.1038/s41574-021-00583-1. ISSN 1759-5037.
  10. Jiang, Yanfeng; Schirmer, Birgitta; Blacque, Olivier; Fox, Thomas; Grimme, Stefan; Berke, Heinz (13. märts 2013). "The "Catalytic Nitrosyl Effect": NO Bending Boosting the Efficiency of Rhenium Based Alkene Hydrogenations". Journal of the American Chemical Society (inglise). 135 (10): 4088–4102. DOI:10.1021/ja400135d. ISSN 0002-7863.
  11. Ruan, Chongyan; Wang, Xijun; Wang, Chaojie; Zheng, Lirong; Li, Lin; Lin, Jian; Liu, Xiaoyan; Li, Fanxing; Wang, Xiaodong (7. veebruar 2022). "Selective catalytic oxidation of ammonia to nitric oxide via chemical looping". Nature Communications (inglise). 13 (1): 718. DOI:10.1038/s41467-022-28370-0. ISSN 2041-1723.
  12. Dorhout, Jacquelyn M.; Anderson, Aaron S.; Batista, Enrique; Carlson, Rebecca K.; Currier, Robert P.; Martinez, Ronald K.; Clegg, Samuel M.; Wilkerson, Marianne P.; Nowak-Lovato, Kristy (1. juuli 2020). "NOx speciation from copper dissolution in nitric acid/water solutions using FTIR spectroscopy". Journal of Molecular Spectroscopy (inglise). 372: 111334. DOI:10.1016/j.jms.2020.111334. ISSN 0022-2852.
  13. Lorin, Julie; Zeller, Marianne; Guilland, Jean-Claude; Cottin, Yves; Vergely, Catherine; Rochette, Luc (2014). "Arginine and nitric oxide synthase: regulatory mechanisms and cardiovascular aspects". Molecular Nutrition & Food Research. 58 (1): 101–116. DOI:10.1002/mnfr.201300033. ISSN 1613-4133. PMID 23740826.
  14. "Chemistry in the Sunlight". earthobservatory.nasa.gov (inglise). 28. jaanuar 2003. Vaadatud 13. augustil 2023.
  15. Tadic, Ivan; Nussbaumer, Clara M.; Bohn, Birger; Harder, Hartwig; Marno, Daniel; Martinez, Monica; Obersteiner, Florian; Parchatka, Uwe; Pozzer, Andrea; Rohloff, Roland; Zöger, Martin; Lelieveld, Jos; Fischer, Horst (27. mai 2021). "Central role of nitric oxide in ozone production in the upper tropical troposphere over the Atlantic Ocean and western Africa". Atmospheric Chemistry and Physics (English). 21 (10): 8195–8211. DOI:10.5194/acp-21-8195-2021. ISSN 1680-7316.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  16. Lu, Xiao; Ye, Xingpei; Zhou, Mi; Zhao, Yuanhong; Weng, Hongjian; Kong, Hao; Li, Ke; Gao, Meng; Zheng, Bo; Lin, Jintai; Zhou, Feng; Zhang, Qiang; Wu, Dianming; Zhang, Lin; Zhang, Yuanhang (18. august 2021). "The underappreciated role of agricultural soil nitrogen oxide emissions in ozone pollution regulation in North China". Nature Communications (inglise). 12 (1): 5021. DOI:10.1038/s41467-021-25147-9. ISSN 2041-1723.
  17. Jhun, Iny; Coull, Brent A.; Zanobetti, Antonella; Koutrakis, Petros (1. juuni 2015). "The impact of nitrogen oxides concentration decreases on ozone trends in the USA". Air Quality, Atmosphere & Health (inglise). 8 (3): 283–292. DOI:10.1007/s11869-014-0279-2. ISSN 1873-9326. PMC 4988408. PMID 27547271.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link)