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一氧化氮
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一氧化氮是一種無色氣體，化學式為NO[6]，是氮的主要氧化物之一。它既是一種自由基，具有一個不成對電子。也是一種異核雙原子分子，人們對這類分子的研究促進了早期現代分子軌域理論的發展[7]。
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一氧化氮是化學工業中的一個重要的反應中間體，其既可以在燃燒系統中形成，也可以通過雷電在雷暴中產生。一氧化氮作為一種信號分子，參與了包括人類在內的哺乳動物的多種生理和病理過程[8]。其曾被評為1992年的「年度分子」[9]。一氧化氮的影響不僅限於生物學領域，它在醫學和工業領域也有廣泛應用。例如，一氧化氮被用於開發治療男性勃起功能障礙的藥物西地那非（俗稱偉哥），並在半導體製造中發揮作用[10][11]。
一氧化氮不應與二氧化氮和一氧化二氮（俗稱笑氣）相混淆，前者是一種紅棕色順磁性氣體，是主要的大氣污染物；後者則是一種具有輕微麻醉作用的無色氣體[7]。
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作用
一氧化氮起信號分子作用。[12]一氧化氮與其氣受體可溶性鳥苷酸環化酶結合併激活。它通過血紅素基團與可溶性鳥苷酸環化酶結合。 它是脊椎動物的關鍵訊息傳遞分子，在各種生物過程中發揮作用。[13]它是幾乎所有生物的生物產品，包括細菌、植物、真菌和動物細胞。[14]
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[15][16]。當內皮要向肌肉發出放鬆指令以促進血液流通時，它就會產生一些一氧化氮分子，這些分子很小，能很易穿過細胞膜。血管周圍的平滑肌細胞接收信號後舒張，使血管擴張並增加血流量。[17]西地那非是使用一氧化氮途徑的藥物。它並不產生一氧化氮，但它通過保護環磷酸鳥苷免受海綿體內cGMP特異性磷酸二酯酶5型降解來增強一氧化氮通路下游的信號，舒張血管。[18]另一種信號分子，硫化氫與一氧化氮一起以協同方式誘導血管舒張和血管生成。[19][20]
機體飢餓狀態下，一氧化氮對肝臟中脂肪代謝起著關鍵調控作用，其合成受阻會導致肝臟脂肪病變[21]。
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結構
一氧化氮為雙原子分子，分子構型為直線型。一氧化氮中，氮與氧之間形成一條σ鍵、一條雙電子π鍵與一條3電子π鍵。氮氧間鍵級為2.5，氮與氧各有一對孤對電子。有11粒價電子，是奇電子分子，順磁。分子軌域式：
- (σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p)4(π2p*)1
反鍵軌域上(π2p*)1易失去生成亞硝醯陽離子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的結構為氧＝氮－氮＝氧，分子為平面型，屬C2v點群[22]。
性質
一氧化氮易氧化生成二氧化氮，一氧化氮在空氣中很快會由氧氧化成紅棕色二氧化氮。工業用此法生產硝酸。
- 2 NO＋O₂ → 2 NO₂
孤對電子使一氧化氮易與金屬離子形成錯合物。可與血紅蛋白結合，使人窒息中毒。
如一氧化氮可與Fe²⁺／Fe（II）生成棕色亞硝醯亞鐵離子，稱為棕環反應，為檢驗亞鐵離子的一種反應：
- Fe²⁺＋NO＋5H₂O → [Fe(H₂O)₅NO]²⁺
NO可與過渡金屬以端基、邊橋基、面橋基形式配位。
生產與製備
工業以奧斯特瓦爾德法生產一氧化氮，鉑催化氨在750至900°C（通常為850°C）氧化生成：
- 4 NH₃＋5 O₂ ⇌ 4 NO＋6 H₂O
氧和氮的未催化吸熱反應在自然界由高溫（>2000°C）與閃電實現，並沒有發展為一種實際的工業合成方法（伯克蘭－艾德法）：
- N₂＋O₂ → 2 NO
- 3 Cu＋8 HNO₃ → 3 Cu(NO₃)₂＋2 NO↑＋4H₂O
另一種途徑是以亞硝酸鹽形式還原亞硝酸：
- 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↑
硫酸亞鐵路線簡單，有用於本科實驗室。NONOate化合物也可用於製取一氧化氮。
參考資料
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