Dušik-monoksid

**Dušik-monoksid** ili **dušik(II)-oksid** je hemijski spoj dušika i kisika koji ima hemijsku formulu **NO**. On je slobodni radikal 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 sa 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&nbsp;°C do 900&nbsp;°C (uobičajeno oko 850&nbsp;°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&nbsp;°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.

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. 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&nbsp;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&nbsp;°C) i bez prisustva katalizatora. Pošto je toplota spajanja NO endotermna, njegova sinteza iz molekularnog dušika i kisika zahtijeva povišenu temperaturu iznad 1000&nbsp;°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. godine samo u SAD proizvedeno je oko šest miliona metričkih tona dušične kiseline. 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. On je poznati bioproizvod kod gotovo svih vrsta organizama, uključujući bakterije, biljke, gljive i životinjske ćelije. Dušik-monoksid se ponekad izjednačava 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. 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