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一氧化氮
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一氧化氮是一种无色气体，化学式为NO[6]，是氮的主要氧化物之一。它既是一种自由基，具有一个不成对电子。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[7]。
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[8]。其曾被评为1992年的“年度分子”[9]。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[10][11]。
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[7]。
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作用
一氧化氮起信号分子作用。[12]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。[13]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。[14]
越来越多研究表明一氧化氮可以调节血管的各种生理功能，如舒张及抗血栓形成等，是维持血管健康的重要因子[15][16]。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。[17]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cGMP特异性磷酸二酯酶5型降解来增强一氧化氮通路下游的信号，舒张血管。[18]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。[19][20]
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[21]。
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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，氮与氧之间形成一条σ键、一条双电子π键与一条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，固体有少量之：
- 2 NO → (NO)₂
(NO)₂的结构为氧＝氮－氮＝氧，分子为平面型，属C2v点群[22]。
性质
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
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种反应：
- 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。
生产与制备
工业以奥斯特瓦尔德法生产一氧化氮，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
- 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。
参考资料
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