stringtranslate.com

Нитрит

Нитрит - ион имеет химическую формулу NO.−
2. Нитрит (в основном нитрит натрия ) широко используется в химической и фармацевтической промышленности. [1] Нитрит-анион является широко распространенным промежуточным веществом в круговороте азота в природе. Название нитрит также относится к органическим соединениям, имеющим группу –ONO, которые являются эфирами азотистой кислоты .

Производство

Нитрит натрия производится в промышленности путем пропускания смеси оксидов азота в водный раствор гидроксида натрия или карбоната натрия : [2] [1]

NO + NO 2 + 2 NaOH → 2 NaNO 2 + H 2 O
NO + NO 2 + Na 2 CO 3 → 2 NaNO 2 + CO 2

Продукт очищается перекристаллизацией. Нитриты щелочных металлов термически стабильны вплоть до и после их точки плавления (441 °C для KNO 2 ). Нитрит аммония может быть получен из триоксида диазота , N 2 O 3 , который формально является ангидридом азотистой кислоты:

2 NH 3 + H 2 O + N 2 O 3 → 2 NH 4 NO 2

Структура

Две канонические структуры NO−
2, которые способствуют резонансному гибриду для иона нитрита
Размеры транс -HONO (из микроволнового спектра )

Ион нитрита имеет симметричную структуру ( симметрия C2v ), причем обе связи N–O имеют одинаковую длину и угол связи около 115°. В теории валентных связей он описывается как резонансный гибрид с равными вкладами двух канонических форм, которые являются зеркальными отражениями друг друга. В теории молекулярных орбиталей существует сигма-связь между каждым атомом кислорода и атомом азота, а также делокализованная пи-связь, образованная из p-орбиталей на атомах азота и кислорода, которая перпендикулярна плоскости молекулы. Отрицательный заряд иона равномерно распределен на двух атомах кислорода. Оба атома азота и кислорода несут неподеленную пару электронов. Следовательно, ион нитрита является основанием Льюиса .

В газовой фазе существует преимущественно в виде трансплоской молекулы.

Реакции

Кислотно-основные свойства

Нитрит является сопряженным основанием слабой кислоты азотистой кислоты :

HNO2 ⇌ H + + NO−
2; p K a ≈ 3,3 при 18 °C [3]     

Азотистая кислота также очень летучая, имеет тенденцию к диспропорционированию :

3 HNO2 ( водн.) ⇌ H3O + + NO−
3+ 2 НЕТ

Эта реакция протекает медленно при температуре 0 °C. [2] Добавление кислоты к раствору нитрита в присутствии восстановителя , такого как железо(II), является способом получения оксида азота (NO) в лабораторных условиях.

Окисление и восстановление

Формальная степень окисления атома азота в нитрите равна +3. Это означает, что он может быть либо окислен до степеней окисления +4 и +5, либо восстановлен до степеней окисления вплоть до −3. Стандартные восстановительные потенциалы для реакций, в которых непосредственно участвует азотистая кислота, приведены в таблице ниже: [4]

Данные могут быть расширены для включения продуктов в более низких степенях окисления. Например:

H2N2O2 + 2H + + 2e− ⇌ N2 + 2H2O ; E0 = +2,65 В​​​​     

Реакции окисления обычно приводят к образованию нитрат- иона, при этом азот находится в степени окисления +5. Например, окисление перманганат -ионом можно использовать для количественного анализа нитрита (титрованием ) :

5 НЕТ−
2+ 2 МnО−
4+ 6 Н + → 5 НЕТ−
3+ 2 Мn2 + + 3 Н2О

Продукты реакций восстановления с нитрит-ионом различаются в зависимости от используемого восстановителя и его силы. С диоксидом серы продуктами являются NO и N 2 O; с оловом(II) (Sn 2+ ) продуктом является азотистая кислота (H 2 N 2 O 2 ); восстановление вплоть до аммиака (NH 3 ) происходит с сероводородом . С катионом гидразиния ( N
2ЧАС+
5) продуктом восстановления нитрита является азотистоводородная кислота (HN 3 ), нестабильное и взрывоопасное соединение:

HNO2 + N​
2ЧАС+
5→ HN3 + H2O + H3O +​

который также может далее реагировать с нитритом:

HNO 2 + HN 3 → N 2 O + N 2 + H 2 O

Эта реакция необычна тем, что в ней участвуют соединения с азотом в четырех различных степенях окисления. [2]

Анализ нитритов

Нитрит обнаруживается и анализируется с помощью реакции Грисса , включающей образование азокрасителя темно-красного цвета при обработке NO−
2-содержащий образец с сульфаниловой кислотой и нафтил-1-амином в присутствии кислоты. [5]

Координационные комплексы

Нитрит является амбидентатным лигандом и может образовывать широкий спектр координационных комплексов , связываясь с ионами металлов несколькими способами. [2] Два примера — красный нитритокомплекс [Co(NH 3 ) 5 (ONO)] 2+ является метастабильным , изомеризуясь в желтый нитрокомплекс [Co(NH 3 ) 5 (NO 2 )] 2+ . Нитрит обрабатывается несколькими ферментами, все из которых используют координационные комплексы.

Биохимия

Схематическое изображение микробного цикла азота. [6] [7] ANAMMOX — анаэробное окисление аммония, DNRA — диссимиляционное восстановление нитрата до аммония, а COMMAMOX — полное окисление аммония.

В процессе нитрификации аммоний преобразуется в нитрит. Важные виды включают Nitrosomonas . Другие виды бактерий, такие как Nitrobacter , отвечают за окисление нитрита в нитрат.

Нитрит может быть восстановлен до оксида азота или аммиака многими видами бактерий. В условиях гипоксии нитрит может высвобождать оксид азота, который вызывает мощную вазодилатацию . Было описано несколько механизмов преобразования нитрита в NO, включая ферментативное восстановление ксантиноксидоредуктазой , нитритредуктазой и NO-синтазой (NOS), а также неферментативные реакции кислотного диспропорционирования .

Использует

Химический прекурсор

Азокрасители и другие красители получают с помощью процесса, называемого диазотированием , для которого требуется нитрит. [1]

Нитрит в консервировании продуктов питания и биохимии

Добавление нитритов и нитратов в обработанное мясо, такое как ветчина, бекон и колбасы, снижает рост и выработку токсинов C. botulinum . [8] [9] Нитрит натрия используется для ускорения вяления мяса, а также для придания ему привлекательного цвета. [10] С другой стороны, исследование, проведенное в 2018 году Британской ассоциацией производителей мяса, определило, что разрешенные законом уровни нитрита не влияют на рост Clostridium botulinum . [11] В США мясо не может быть маркировано как «вяленое» без добавления нитрита. [12] [13] [14] В некоторых странах вяленые мясные продукты производятся без нитрата или нитрита, а также без нитрита из растительного источника. Пармская ветчина , производимая без нитрита с 1993 года, как сообщалось, в 2018 году не вызвала ни одного случая ботулизма. [10]

У мышей пища, богатая нитритами, вместе с ненасыщенными жирами может предотвратить гипертонию , что является одним из объяснений очевидного влияния средиземноморской диеты на здоровье . [15] Было показано, что добавление нитритов в мясо приводит к образованию известных канцерогенов ; Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует, чтобы употребление 50 г (1,8 унции) обработанного нитритами мяса в день повышало риск развития рака кишечника на 18% в течение жизни. [10] Однако 95% нитритов, потребляемых в современных диетах, поступает в результате бактериального преобразования нитратов, естественным образом содержащихся в диетических овощах. [16]

Рекомендуемые Всемирной организацией здравоохранения максимальные пределы для питьевой воды составляют 3 мг/ л и 50 мг/л для ионов нитрита и нитрата соответственно. [17]

Консервирование мяса

Вступая в реакцию с миоглобином мяса , нитрит придает продукту желаемый розово-красный «свежий» цвет, например, цвет солонины. В США нитрит официально используется с 1925 года. По словам ученых, работающих в промышленной группе American Meat Institute , это использование нитрита началось в Средние века . [18] Историки и эпидемиологи утверждают, что широкое использование нитрита при консервировании мяса тесно связано с развитием промышленной переработки мяса. [19] [20] Французский журналист-расследователь Гийом Кудре  [fr] утверждает, что мясная промышленность предпочитает консервировать свое мясо с помощью нитрита, хотя установлено, что это химическое вещество приводит к образованию вызывающих рак нитрозосоединений . [21] Некоторые традиционные и кустарные производители избегают нитритов.

Противоядие от отравления цианидом

Нитриты в форме нитрита натрия и амилнитрита являются компонентами многих наборов антидотов цианида . [22] Оба эти соединения связываются с гемоглобином и окисляют ионы Fe2 + до ионов Fe3 +, образуя метгемоглобин . Метгемоглобин, в свою очередь, связывается с цианидом (CN), создавая цианметгемоглобин, эффективно удаляя цианид из комплекса IV цепи переноса электронов (ETC) в митохондриях , который является основным местом нарушения, вызванного цианидом. Другим механизмом, с помощью которого нитриты помогают лечить отравление цианидом, является образование оксида азота (NO). NO вытесняет CN из цитохром с оксидазы (комплекс IV ETC), делая его доступным для связывания метгемоглобином. [23]

Органические нитриты

Эфир нитрита

В органической химии алкилнитриты являются эфирами азотистой кислоты и содержат нитрозокси-функциональную группу. Нитросоединения содержат группу C–NO 2 . Нитриты имеют общую формулу RONO, где R представляет собой арильную или алкильную группу. Амилнитрит и другие алкилнитриты обладают сосудорасширяющим действием и должны использоваться в лаборатории с осторожностью. Иногда их используют в медицине для лечения заболеваний сердца. Классической названной реакцией для синтеза алкилнитритов является синтез Мейера [24] [25] , в котором алкилгалогениды реагируют с металлическими нитритами с образованием смеси нитроалканов и нитритов.

Безопасность

Нитритные соли могут реагировать со вторичными аминами , образуя N -нитрозамины , которые, как предполагается, вызывают рак желудка . Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сообщает, что каждые 50 г (1,8 унции) обработанного мяса, съеденные в день, повышают риск развития рака кишечника на 18% в течение жизни; обработанное мясо относится к мясу, которое было преобразовано посредством ферментации, обработки нитритами, соления, копчения или других процессов для улучшения вкуса или улучшения сохранности. Обзор Всемирной организации здравоохранения более 400 исследований в 2015 году пришел к выводу, что существует достаточно доказательств того, что обработанное мясо вызывает рак, особенно рак толстой кишки; Международное агентство ВОЗ по изучению рака (МАИР) классифицировало обработанное мясо как канцерогенное для человека ( группа 1 ). [10] [26]

Нитрит (принимаемый внутрь) в условиях, которые приводят к эндогенному нитрозированию , в частности, образованию нитрозамина , был классифицирован МАИР как вероятно канцерогенный для человека ( группа 2А ). [27]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Лауэ В., Тиманн М., Шайблер Э., Виганд К.В. (2006). «Нитраты и нитриты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a17_265. ISBN 978-3527306732.
  2. ^ abcd Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . С. 461–464. ISBN 978-0-08-037941-8.
  3. ^ IUPAC SC-Database Архивировано 19 июня 2017 г. на Wayback Machine. Полная база данных опубликованных данных о константах равновесия комплексов металлов и лигандов.
  4. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 431. ISBN 978-0-08-037941-8.
  5. ^ Иванов, В. М. (1 октября 2004 г.). «125-я годовщина реактива Грисса». Журнал аналитической химии . 59 (10): 1002–1005. doi :10.1023/B:JANC.0000043920.77446.d7. ISSN  1608-3199. S2CID  98768756.
  6. ^ Спарацино-Уоткинс, Кортни; Штольц, Джон Ф.; Басу, Парта (16 декабря 2013 г.). «Нитрат и периплазматические нитратредуктазы». Chem. Soc. Rev. 43 ( 2): 676–706. doi :10.1039/c3cs60249d. ISSN  1460-4744. PMC 4080430. PMID 24141308  . 
  7. ^ Саймон, Йорг; Клотц, Мартин Г. (2013). «Разнообразие и эволюция биоэнергетических систем, участвующих в микробных преобразованиях соединений азота». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1827 (2): 114–135. doi : 10.1016/j.bbabio.2012.07.005 . PMID  22842521.
  8. ^ Christiansen LN, Johnston RW, Kautter DA, Howard JW, Aunan WJ (март 1973 г.). «Влияние нитрита и нитрата на выработку токсинов Clostridium botulinum и на образование нитрозаминов в скоропортящемся консервированном измельченном вяленом мясе». Applied Microbiology . 25 (3): 357–62. doi :10.1128/AEM.25.3.357-362.1973. PMC 380811 . PMID  4572891. 
  9. ^ Ли, Сумин; Ли, Хиён; Ким, Седжон; Ли, Джиён; Ха, Джимён; Чхве, Юкён; О, Хемин; Чхве, Кён-Хи; Юн, Йохан (август 2018 г.). «Микробиологическая безопасность переработанных мясных продуктов, приготовленных с низкой концентрацией нитрита — обзор». Азиатско-австралазийский журнал наук о животных . 31 (8): 1073–1077. doi :10.5713/ajas.17.0675. ISSN  1011-2367. PMC 6043430. PMID  29531192 . 
  10. ^ abcd Wilson, Bee (1 марта 2018 г.). «Да, бекон действительно убивает нас». The Guardian . Лондон. ISSN  0261-3077. Архивировано из оригинала 10 февраля 2021 г. . Получено 14 февраля 2021 г. В отраслевых журналах 1960-х годов фирмы, продававшие нитритные порошки производителям ветчины, довольно открыто говорили о том, что основным преимуществом было увеличение прибыли за счет ускорения производства.
  11. ^ Довард, Джейми (23 марта 2019 г.). «Выявлено: нет необходимости добавлять нитриты, вызывающие рак, в ветчину». The Observer . Лондон. Архивировано из оригинала 26 января 2021 г. Получено 14 февраля 2021 г. Результаты показывают, что уровни инокулированных C. botulinum не изменяются в процессе вяления, что означает, что действие нитрита во время вяления не является токсичным для спор C. botulinum при уровнях 150 ppm [частей на миллион] входящего нитрита и ниже.
  12. ^ Де Врис, Джон (1997). Безопасность пищевых продуктов и токсичность . CRC Press. стр. 70. ISBN 978-0-8493-9488-1.
  13. ^ Факты о нитрите и нитрате натрия Доступ 12 декабря 2014 г.
  14. ^ Дойл, Майкл П.; Спербер, Уильям Х. (23 сентября 2009 г.). Компендиум по микробиологической порче продуктов питания и напитков. Springer. стр. 78. ISBN 9781441908261.
  15. ^ Charles, RL; Rudyk, O.; Prysyazhna, O.; Kamynina, A.; Yang, J.; Morisseau, C.; Hammock, BD; Freeman, BA; Eaton, P. (2014). «Защита от гипертонии у мышей с помощью средиземноморской диеты опосредована ингибированием нитрожирной кислотой растворимой эпоксидгидролазы». Труды Национальной академии наук . 111 (22): 8167–72. Bibcode : 2014PNAS..111.8167C. doi : 10.1073/pnas.1402965111 . PMC 4050620. PMID  24843165 . 
  16. ^ «Является ли сок сельдерея жизнеспособной альтернативой нитритам в вяленом мясе?». Office for Science and Society . Получено 14 сентября 2022 г. .
  17. ^ Багери, Х.; Хаджян, А.; Резаи, М.; Ширзадмехр, А. (2017). «Композит из наночастиц металла Cu — многослойных углеродных нанотрубок — восстановленного оксида графена как новая и высокопроизводительная платформа электрохимического датчика для одновременного определения нитрита и нитрата». Журнал опасных материалов . 324 (Pt B): 762–772. doi :10.1016/j.jhazmat.2016.11.055. PMID  27894754.
  18. ^ Binkerd, EF; Kolari, OE (1 января 1975 г.). «История и использование нитрата и нитрита при консервировании мяса». Food and Cosmetics Toxicology . 13 (6): 655–661. doi :10.1016/0015-6264(75)90157-1. ISSN  0015-6264. PMID  1107192.
  19. ^ Кудрэ, Гийом (2017). Cochonneries: Comment la charcuterie est devenue un яд (на французском языке). Париж: Ла Декуверт. стр. 40–70. ISBN 978-2-7071-9358-2.
  20. ^ Лауэр, Клаус (1 января 1991 г.). «История нитрита в питании человека: вклад немецких кулинарных книг». Журнал клинической эпидемиологии . 44 (3): 261–264. doi :10.1016/0895-4356(91)90037-A. ISSN  0895-4356. PMID  1999685.
  21. ^ «Гийом Кудрэ о связи нитро-мяса с раком». Corporate Crime Reporter . 14 апреля 2021 г. Получено 13 октября 2024 г.
  22. ^ Мейлье, Эндрю; Хеллер, Кара (2015). «Острое отравление цианидом: лечение гидроксокобаламином и тиосульфатом натрия с двумя результатами после одного события воздействия». Отчеты о случаях в медицине . 2015 : 217951. doi : 10.1155/2015/217951 . ISSN  1687-9627. PMC 4620268. PMID 26543483  . 
  23. ^ Bebarta, Vikhyat S.; Brittain, Matthew; Chan, Adriano; Garrett, Norma; Yoon, David; Burney, Tanya; Mukai, David; Babin, Michael; Pilz, Renate B.; Mahon, Sari B.; Brenner, Matthew (июнь 2017 г.). «Нитрит натрия и тиосульфат натрия эффективны против острого отравления цианидом при внутримышечном введении». Annals of Emergency Medicine . 69 (6): 718–725.e4. doi :10.1016/j.annemergmed.2016.09.034. ISSN  0196-0644. PMC 5446299. PMID 28041825  . 
  24. ^ Виктор Мейер (1872). «Ueber die Nitroverbindungen der Fettreihe». «Анналы химии» Юстуса Либиха . 171 (1): 1–56. дои : 10.1002/jlac.18741710102.; Виктор Мейер, Дж. Лочер (1876). «Ueber die Pseudonitrole, die Isomeren der Nitrolsäuren». «Анналы химии» Юстуса Либиха . 180 (1–2): 133–55. дои : 10.1002/jlac.18761800113.; В. Мейер и Штюбер (1872 г.). «Ворлауфиге Миттайлунг». Химише Берихте . 5 : 203–05. дои : 10.1002/cber.18720050165.; Виктор Мейер, О. Штюбер (1872). «Ueber die Nitroverbindungen der Fettreihe». Химише Берихте . 5 : 399–406. дои : 10.1002/cber.187200501121. S2CID  95188274.; Виктор Мейер, А. Рильет (1872). «Ueber die Nitroverbindungen der Fettreiche. Dritte Mittheilung». Химише Берихте . 5 (2): 1029–34. дои : 10.1002/cber.187200502133.; Виктор Мейер, К. Хойнацкий (1872). «Ueber die Nitroverbindungen der Fettreihe. Vierte Mittheilung». Химише Берихте . 5 (2): 1034–38. дои : 10.1002/cber.187200502134.
  25. ^ Роберт Б. Рейнольдс, Хомер Адкинс (1929). «Связь строения некоторых алкилгалогенидов с образованием нитропарафинов и алкилнитритов». Журнал Американского химического общества . 51 (1): 279–87. doi :10.1021/ja01376a037.
  26. ^ Бувар В., Лумис Д., Гайтон К.З., Гросс Ю., Эль Гиссасси Ф., Бенбрахим-Таллаа Л. и др. (декабрь 2015 г.). «Канцерогенность потребления красного и переработанного мяса» . Ланцет онкологии . 16 (16): 1599–1600. дои : 10.1016/S1470-2045(15)00444-1. ПМИД  26514947 . Проверено 13 октября 2024 г.
  27. ^ Grosse Y, Baan R, Straif K, Secretan B, El Ghissassi F, Cogliano V (август 2006 г.). «Канцерогенность нитратных, нитритных и цианобактериальных пептидных токсинов» . The Lancet Oncology . 7 (8): 628–629. doi :10.1016/S1470-2045(06)70789-6. PMID  16900606. Получено 13 октября 2024 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Нитриты .