stringtranslate.com

Нитрит

Нитрит - ион имеет химическую формулу NO.−
2. Нитриты (в основном нитрит натрия ) широко используются в химической и фармацевтической промышленности. [1] Нитрит-анион является широко распространенным промежуточным продуктом в круговороте азота в природе. Название «нитрит» также относится к органическим соединениям, имеющим группу –ONO, которые представляют собой сложные эфиры азотистой кислоты .

Производство

Нитрит натрия получают 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 очищают перекристаллизацией. Нитриты щелочных металлов термически стабильны вплоть до температуры плавления (441 °C для KNO 2 ). Нитрит аммония можно получить из триоксида азота N 2 O 3 , который формально представляет собой ангидрид азотистой кислоты:

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

Состав

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

Нитрит-ион имеет симметричную структуру ( симметрия C 2v ), причем обе связи N–O имеют одинаковую длину и валентный угол около 115 °. В теории валентных связей она 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 p-орбиталями атомов азота и кислорода, которая перпендикулярна плоскости молекулы. Отрицательный заряд иона равномерно распределен на двух атомах кислорода. Атомы азота и кислорода несут неподеленную пару электронов. Следовательно, нитрит-ион является основанием Льюиса .

В газовой фазе он существует преимущественно в виде трансплоской молекулы.

Реакции

Кислотно-основные свойства

Нитрит – сопряженное основание слабой азотистой кислоты :

HNO 2 ⇌ H + + НЕТ−
2; p K a ≈ 3,3 при 18 °C [3]     

Азотистая кислота также очень летучая, имеет тенденцию к диспропорции :

3 HNO 2 (водн.) ⇌ H 3 O + + NO−
3+ 2 НЕТ

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

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 всего -3. Стандартные восстановительные потенциалы для реакций с непосредственным участием азотистой кислоты показаны в таблице ниже: [4]

Данные можно расширить, включив в них продукты в более низких степенях окисления. Например:

ЧАС 2 Н 2 О 2 + 2 Ч + + 2 е − ⇌ Н 2 + 2 Ч 2 О; Е 0 = +2,65 В     

Реакции окисления обычно приводят к образованию нитрат- иона с азотом в степени окисления +5. Например, окисление перманганат - ионом можно использовать для количественного анализа нитрита (путем титрования ):

5 НЕТ−
2+ 2 МnО−
4+ 6 Ч + → 5 НЕТ−
3+ 2 Mn 2+ + 3 H 2 O

Продукт реакций восстановления нитрит-ионом различен 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 до аммиака (NH 3 ) происходит с помощью сероводорода . С катионом гидразиния ( N
2ЧАС+
5) продуктом восстановления нитритов является азотистоводородная кислота (HN 3 ), нестабильное и взрывоопасное соединение:

ХНО 2 + Н
2ЧАС+
5→ HN 3 + H 2 O + H 3 O +

который также может дополнительно 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 нитрита

Нитриты обнаруживаются и анализируются 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 самые разнообразные координационные комплексы , 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 перерабатывается несколькими ферментами, каждый из которых использует координационные комплексы.

Биохимия

Схематическое изображение микробного цикла азота. [6] [7] АНАММОКС — это анаэробное окисление аммония, ДНРА — диссимиляционное восстановление нитрата до аммония, а КОММАМОКС — полное окисление аммония.

При нитрификации аммоний превращается в нитрит . Важные виды включают Nitrosomonas . Другие виды бактерий, такие как Nitrobacter , ответственны за окисление нитрита в нитрат.

Нитрит может быть восстановлен до оксида азота или аммиака многими видами бактерий. В условиях гипоксии нитрит может выделять оксид азота, что вызывает сильное расширение сосудов . Описано несколько механизмов превращения нитрита в NO, включая ферментативное восстановление с помощью ксантиноксидоредуктазы , нитритредуктазы и NO-синтазы (NOS), а также неферментативные реакции кислотного диспропорционирования .

Использование

Химический прекурсор

Азокрасители и другие красители получаются методом диазотирования , для которого требуется нитрит. [1]

Нитриты в консервировании пищевых продуктов 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 пролечивания мяса , а также для придания ему привлекательного цвета. [10] С другой стороны, исследование Британской ассоциации производителей мяса, проведенное в 2018 году, показало, что разрешенные законом уровни нитритов не влияют на рост Clostridium botulinum . [11] В США мясо не может быть помечено как «вяленое» без добавления нитрита. [12] [13] [14] В некоторых странах колбасные изделия производятся без нитратов или нитритов, а также без нитритов растительного происхождения. В 2018 году сообщалось, что пармская ветчина , производимая без нитритов с 1993 года, не вызвала случаев ботулизма. [10]

У мышей пища, богатая нитритами вместе с ненасыщенными жирами, может предотвратить гипертонию , что является одним из объяснений очевидного эффекта средиземноморской диеты на здоровье . [15] Было показано, что добавление нитритов в мясо приводит к образованию известных канцерогенов ; Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сообщает, что употребление 50 г (1,8 унции) обработанного нитритами мяса в день повысит риск заболевания раком кишечника на 18% в течение жизни. [10] Однако 95% нитритов, поступающих в организм в современном рационе, происходит в результате бактериальной конверсии нитратов, естественным образом содержащихся в диетических овощах. [16]

Рекомендуемые Всемирной организацией здравоохранения максимальные концентрации в питьевой воде составляют 3 мг л -1 и 50 мг л -1 для ионов нитрита и нитрата соответственно. [17]

Вяление мяса

В реакции с миоглобином мяса нитрит придает продукту желаемый розово-красный «свежий» цвет, как, например, у солонины. В США нитрит официально используется с 1925 года. По мнению ученых, работающих в отраслевой группе Американского института мяса , такое использование нитрита началось в средние века . [18] Историки [19] и эпидемиологи [20] утверждают, что широкое использование нитритов при копчении мяса тесно связано с развитием промышленной мясопереработки. Французский журналист-расследователь Гийом Кудре утверждает, что мясная промышленность предпочитает обрабатывать мясо нитритом, хотя установлено, что это химическое вещество приводит к образованию канцерогенных нитрозо -соединений. [21] Некоторые традиционные и кустарные производители избегают использования нитритов.

Противоядие при отравлении цианидами

Нитриты в форме нитрита натрия и амилнитрита являются компонентами многих наборов антидотов к цианидам . [22] Оба этих соединения связываются с гемоглобином и окисляют ионы Fe 2+ до ионов Fe 3+ , образуя метгемоглобин . Метгемоглобин, в свою очередь, связывается с цианидом (CN), создавая цианметгемоглобин, эффективно удаляя цианид из комплекса IV цепи переноса электронов (ETC) в митохондриях , которые являются основным местом разрушения, вызванного цианидом. Другим механизмом, с помощью которого нитриты полезны при лечении токсичности цианидов, является образование оксида азота (NO). NO вытесняет CN из цитохром-с-оксидазы (комплекс ETC IV), делая его доступным для связывания метгемоглобина. [23]

Органические нитриты

Нитритовый эфир

В органической химии алкилнитриты представляют собой сложные эфиры 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 с ними следует обращаться в лаборатории с осторожностью. Иногда их используют в медицине для лечения заболеваний сердца. Классической названной реакцией синтеза алкилнитритов является синтез Мейера [24] [25] , в котором алкилгалогениды реагируют с нитритами металлов с образованием смеси нитроалканов и нитритов.

Безопасность

Нитритные соли могут вступать в реакцию со вторичными аминами с образованием N -нитрозаминов , которые, как предполагается, вызывают рак желудка . Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сообщает, что каждые съеденные 50 г (1,8 унции) обработанного мяса в день повышают риск заболевания раком кишечника на 18% в течение жизни; Под переработанным мясом понимается мясо, которое было преобразовано посредством ферментации, нитритной обработки, засолки, копчения или других процессов для улучшения вкуса или улучшения сохранности. Обзор более 400 исследований, проведенный Всемирной организацией здравоохранения в 2015 году, пришел к выводу, что имеется достаточно доказательств того, что обработанное мясо вызывает рак, особенно рак толстой кишки; Международное агентство ВОЗ по исследованию рака (IARC) классифицировало обработанное мясо как канцерогенное для человека ( Группа 1 ). [10] [26]

Нитрит (при приеме внутрь) в условиях, которые приводят к эндогенному нитрозированию , в частности к выработке нитрозамина , классифицируется МАИР как вероятно канцерогенный для человека ( Группа 2А ). [27] [28]

Смотрите также

Рекомендации

  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, стр. 461–464.
  3. ^ База данных IUPAC SC. Архивировано 19 июня 2017 г. в Wayback Machine. Полная база данных опубликованных данных о константах равновесия металлокомплексов и лигандов.
  4. ^ Гринвуд, с. 431.
  5. ^ Иванов, В.М. (1 октября 2004 г.). «125 лет реагенту Грисса». Журнал аналитической химии . 59 (10): 1002–1005. doi :10.1023/B:JANC.0000043920.77446.d7. ISSN  1608-3199. S2CID  98768756.
  6. ^ Спарачино-Уоткинс, Кортни; Штольц, Джон Ф.; Басу, Парта (16 декабря 2013 г.). «Нитрат и периплазматические нитратредуктазы». хим. Соц. Преподобный . 43 (2): 676–706. дои : 10.1039/c3cs60249d. ISSN  1460-4744. ПМК 4080430 . ПМИД  24141308. 
  7. ^ Саймон, Йорг; Клотц, Мартин Г. (2013). «Разнообразие и эволюция биоэнергетических систем, участвующих в трансформациях микробных соединений азота». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1827 (2): 114–135. дои : 10.1016/j.bbabio.2012.07.005 . ПМИД  22842521.
  8. ^ Кристиансен Л.Н., Джонстон Р.В., Каттер Д.А., Ховард Дж.В., Онан У.Дж. (март 1973 г.). «Влияние нитритов и нитратов на выработку токсинов Clostridium botulinum и на образование нитрозаминов в скоропортящихся консервах из измельченного вяленого мяса». Прикладная микробиология . 25 (3): 357–62. дои : 10.1128/АЕМ.25.3.357-362.1973. ПМК 380811 . ПМИД  4572891. 
  9. ^ Ли, Сумин; Ли, Хиён; Ким, Седжон; Ли, Джиён; Ха, Джимён; Чхве, Юкён; О, Хёмин; Чхве, Кён Хи; Юн, Йохан (август 2018 г.). «Микробиологическая безопасность обработанных мясных продуктов с низкой концентрацией нитритов — обзор». Азиатско-Австралазийский журнал наук о животных . 31 (8): 1073–1077. дои : 10.5713/ajas.17.0675. ISSN  1011-2367. ПМК 6043430 . ПМИД  29531192. 
  10. ^ abcd Wilson, Bee (1 марта 2018 г.). «Да, бекон действительно нас убивает». Хранитель . Лондон. ISSN  0261-3077. Архивировано из оригинала 10 февраля 2021 года . Проверено 14 февраля 2021 г. В отраслевых журналах 1960-х годов фирмы, продававшие нитритные порошки производителям ветчины, совершенно открыто говорили о том, что главным преимуществом является увеличение прибыли за счет ускорения производства.
  11. ↑ Дауард, Джейми (23 марта 2019 г.). «Выяснилось: нет необходимости добавлять в ветчину нитриты, вызывающие рак». Наблюдатель . Лондон. Архивировано из оригинала 26 января 2021 года . Проверено 14 февраля 2021 г. Результаты показывают, что уровни инокулированного C. botulinum не изменяются в процессе отверждения, что означает, что действие нитрита во время отверждения не является токсичным для спор C. botulinum при уровнях входящего нитрита 150 ppm [частей на миллион] и ниже. .
  12. ^ Де Врис, Джон (1997). Безопасность пищевых продуктов и токсичность . ЦРК Пресс. п. 70. ИСБН 978-0-8493-9488-1.
  13. ^ Факты о нитрите и нитрате натрия. По состоянию на 12 декабря 2014 г.
  14. ^ Дойл, Майкл П.; Спербер, Уильям Х. (23 сентября 2009 г.). Справочник микробиологической порчи продуктов питания и напитков. Спрингер. п. 78. ИСБН 9781441908261.
  15. ^ Чарльз, РЛ; Рудык О.; Присяжна, О.; Камынина А.; Ян, Дж.; Мориссо, К.; Гамак, BD; Фриман, бакалавр; Итон, П. (2014). «Защита от гипертонии у мышей на средиземноморской диете опосредована ингибированием нитрожирными кислотами растворимой эпоксидгидролазы». Труды Национальной академии наук . 111 (22): 8167–72. Бибкод : 2014PNAS..111.8167C. дои : 10.1073/pnas.1402965111 . ПМК 4050620 . ПМИД  24843165. 
  16. ^ «Является ли сок сельдерея жизнеспособной альтернативой нитритам в колбасных изделиях?». Управление по науке и обществу . Проверено 14 сентября 2022 г.
  17. ^ Багери, Х.; Хаджян, А.; Резаи, М.; Ширзадмехр, А. (2017). «Композит из наночастиц металла меди — многостенных углеродных нанотрубок — восстанавливает оксид графена как новая и высокопроизводительная платформа электрохимического сенсора для одновременного определения нитрита и нитрата». Журнал опасных материалов . 324 (Часть Б): 762–772. дои : 10.1016/j.jhazmat.2016.11.055. ПМИД  27894754.
  18. ^ Бинкерд, EF; Колари, О.Э. (1 января 1975 г.). «История и использование нитратов и нитритов при консервировании мяса». Пищевая и косметическая токсикология . 13 (6): 655–661. дои : 10.1016/0015-6264(75)90157-1. ISSN  0015-6264. ПМИД  1107192.
  19. ^ Кудрей, Гийом, Эрик (2017). Cochonneries: комментарий la charcuterie est devenue un яд . Париж: Декуверт. стр. часть I, глава 2 (с. 40–55) и глава 3 (с. 56–70). ISBN 9782707193582. ОСЛК  1011036745.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  20. ^ Лауэр, Клаус (1 января 1991 г.). «История нитритов в питании человека: вклад немецких кулинарных книг». Журнал клинической эпидемиологии . 44 (3): 261–264. дои : 10.1016/0895-4356(91)90037-А. ISSN  0895-4356. ПМИД  1999685.
  21. ^ "Гийом Кудре о связи рака нитро-мяса" . 14 апреля 2021 г.
  22. ^ Мейе, Эндрю; Хеллер, Кара (2015). «Острое отравление цианидами: лечение гидроксикобаламином и тиосульфатом натрия с двумя последствиями после одного случая воздействия». Отчеты о случаях в медицине . 2015 : 217951. дои : 10.1155/2015/217951 . ISSN  1687-9627. ПМК 4620268 . ПМИД  26543483. 
  23. ^ Бебарта, Вихят С.; Бриттен, Мэтью; Чан, Адриано; Гаррет, Норма; Юн, Дэвид; Берни, Таня; Мукаи, Дэвид; Бабин, Михаил; Пильц, Рената Б.; Махон, Сари Б.; Бреннер, Мэтью (июнь 2017 г.). «Нитрит натрия и тиосульфат натрия эффективны против острого отравления цианидами при внутримышечном введении». Анналы неотложной медицины . 69 (6): 718–725.е4. doi :10.1016/j.annemergmed.2016.09.034. ISSN  0196-0644. ПМЦ 5446299 . ПМИД  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, Гомер Адкинс (1929). «Связь строения некоторых щелочных галогенидов с образованием нитропарафинов и алкилнитритов». Журнал Американского химического общества . 51 (1): 279–87. дои : 10.1021/ja01376a037.
  26. ^ «Монографии МАИР оценивают потребление красного мяса и мясных продуктов» (PDF) . Международное агентство по исследованию рака. 26 октября 2015 г. Архивировано из оригинала (PDF) 18 января 2021 г. . Проверено 14 февраля 2021 г. Переработанное мясо было классифицировано как канцерогенное для человека (Группа 1) на основании достаточных доказательств того, что потребление переработанного мяса у людей вызывает колоректальный рак.
  27. ^ «Список классификаций, тома 1–116 - Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека» . Международное агентство по изучению рака (МАИР) – Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) . 2010. Архивировано из оригинала 10 июня 2017 года . Проверено 25 сентября 2016 г.
  28. ^ ТОМ 94 - Попадание в организм нитратов и нитритов, а также цианобактериальных пептидных токсинов - Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека. 2010. ISBN 9789283212942. Проверено 25 сентября 2016 г. {{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь )

Библиография

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме нитритов .