一氧化氮

一氧化氮是一种无色气体，化学式为，是氮的主要氧化物之一。它既是一种自由基，具有一个不成對電子。也是一种异核双原子分子，人们对这类分子的研究促进了早期现代分子轨道理论的发展。

一氧化氮是化学工业中的一个重要的反应中间体，其既可以在燃烧系统中形成，也可以通过雷电在雷暴中产生。一氧化氮作为一种信号分子，参与了包括人类在内的哺乳动物的多种生理和病理过程。其曾被评为1992年的“”。一氧化氮的影响不仅限于生物学领域，它在医学和工业领域也有广泛应用。例如，一氧化氮被用于开发治疗男性勃起功能障碍的药物西地那非（俗称伟哥），并在半导体制造中发挥作用。

一氧化氮不应与二氧化氮和一氧化二氮（俗称笑气）相混淆，前者是一种红棕色顺磁性气体，是主要的大气污染物；后者则是一种具有轻微麻醉作用的无色气体。

 作用 

一氧化氮起信号分子作用。一氧化氮与其气受体可溶性鸟苷酸环化酶结合并激活。它通过血红素基团与可溶性鸟苷酸环化酶结合。  它是脊椎动物的关键讯息传递分子，在各种生物过程中发挥作用。Weller, Richard, Could the sun be good for your heart?  TedxGlasgow. Filmed March 2012, posted January 2013它是几乎所有生物的生物产品，包括细菌、植物、真菌和动物细胞。Roszer, T (2012) The Biology of Subcellular Nitric Oxide. 

越來越多研究表明一氧化氮可以調節血管的各種生理功能，如舒張及抗血栓形成等，是維持血管健康的重要因子。当内皮要向肌肉发出放松指令以促进血液流通时，它就会产生一些一氧化氮分子，这些分子很小，能很易穿过细胞膜。血管周围的平滑肌细胞接收信号后舒张，使血管扩张并增加血流量。西地那非是使用一氧化氮途径的药物。它并不产生一氧化氮，但它通过保护环磷酸鸟苷免受海绵体内降解来增强一氧化氮通路下游的信号，舒张血管。另一种信号分子，硫化氢与一氧化氮一起以协同方式诱导血管舒张和血管生成。

机体饥饿状态下，一氧化氮对肝脏中脂肪代谢起着关键调控作用，其合成受阻会导致肝脏脂肪病变。

一氧化氮也能在神经系统的细胞中发挥作用。它对周围神经末梢或许有所作用。

免疫系统产生的一氧化氮分子，不仅能抗击侵入人体的微生物，而且还能在一定程度阻止癌细胞繁殖，阻止肿瘤细胞扩散。

 结构 

一氧化氮为双原子分子，分子构型为直线型。一氧化氮中，氮与氧之间形成一條σ键、一條雙电子π键与一條3电子π键。氮氧间键级为2.5，氮与氧各有一对孤对电子。有11粒价电子，是奇电子分子，顺磁。分子轨道式：
(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p)4(π2p*)1

反键轨道上(π2p*)1易失去生成亚硝酰阳离子NO+：

2 NO＋Cl₂　→　2 NOCl

可二聚生成(NO)₂，固體有少量之：

2 NO　→　(NO)₂

(NO)₂的结构为氧＝氮－氮＝氧，分子为平面型，属C2v点群麦松威，周公度，李伟基。高等无机结构化学。pp. 471-472。

 性质 
 还原 

一氧化氮易氧化生成二氧化氮，一氧化氮在空气中很快会由氧氧化成红棕色二氧化氮。工业用此法生产硝酸。

2 NO＋O₂　→　2 NO₂

 配位 

孤对电子使一氧化氮易与金属离子形成配合物。可与血红蛋白结合，使人窒息中毒。

如一氧化氮可与Fe²⁺／Fe（II）生成棕色亚硝酰亚铁离子，称为棕环反应，为检验亚铁离子的一種反应：

Fe²⁺＋NO＋5H₂O　→　[Fe(H₂O)₅NO]²⁺

NO可与过渡金属以端基、边桥基、面桥基形式配位。

 生物活性 

心血管中，一氧化氮对维持血管张力的恒定与调节血压稳定起重要作用。硝酸甘油治疗心绞痛正是由于其在体内转化成NO，扩张血管。
免疫系统中，NO起杀伤细菌、病毒、肿瘤细胞的作用。
神经系统中，一氧化氮促进学习、记忆过程，并可调节脑血流。
肝脏代谢中，一氧化氮对饥饿状态下肝脏中自由脂肪酸氧化起着关键调控作用。

 生产与制备 

工业以奥斯特瓦尔德法生產一氧化氮，铂催化氨在750至900°C（通常为850°C）氧化生成：

4 NH₃＋5 O₂　⇌　4 NO＋6 H₂O

氧和氮的未催化吸热反应在自然界由高温（>2000°C）与闪电实现，并没有发展为一种实际的工业合成方法（伯克兰－艾德法）：

N₂＋O₂　→　2 NO

 实验室 

实验室用铜与稀硝酸共热制取一氧化氮：
3 Cu＋8 HNO₃　→　3 Cu(NO₃)₂＋2 NO↑＋4H₂O

另一种途径是以亚硝酸盐形式还原亚硝酸：
 2 NaNO₂＋2 NaI＋2 H₂SO₄　→　I₂＋2 Na₂SO₄＋2 H₂O＋2 NO↑
 2 NaNO₂＋2 FeSO₄＋3 H₂SO₄　→　Fe₂(SO₄)₃＋2 NaHSO₄＋2 H₂O＋2 NO↑
 3 KNO₂＋KNO₃＋Cr₂O₃　→　2 K₂CrO₄＋4 NO↑

硫酸亚铁路线简单，有用于本科实验室。NONOate化合物也可用于制取一氧化氮。

參考資料

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Category:氣態信號分子