Azotyny - Nitrite

Azotyn
Azot-Ion2.svg
Model wypełniający przestrzeń jonu azotynowego
Nazwy
Systematyczna nazwa IUPAC
dioksydoazotan(1-)
Inne nazwy
azotyn
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
CZEBI
ChemSpider
Numer WE
Identyfikator klienta PubChem
UNII
  • InChI=1S/HNO2/c2-1-3/h(H,2,3)/p-1
    Klucz: IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M
  • InChI=1/HNO2/c2-1-3/h(H,2,3)/p-1
    Klucz: IOVCWXUNBOPUCH-REWHXWOFAR
  • N(=O)[O-]
Nieruchomości
NIE
2
Masa cząsteczkowa 46,005  g·mol -1
Kwas sprzężony Kwas azotowy
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Referencje do infoboksu

Azotyn jonowy ma wzór chemiczny NR
2
. Azotyny (głównie azotyn sodu ) są szeroko stosowane w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym. Anion azotynowy jest wszechobecnym pośrednikiem w naturalnym cyklu azotowym . Nazwa azotyny może również odnosić się do związków organicznych z grupą – ONO, które są estrami kwasu azotawego .

Produkcja

Azotyn sodu jest wytwarzany przemysłowo przez przepuszczanie „oparów azotu” do wodnego roztworu wodorotlenku sodu lub węglanu sodu:

Produkt oczyszcza się przez rekrystalizację. Azotyny metali alkalicznych są stabilne termicznie do i powyżej ich temperatury topnienia (441 °C dla KNO 2 ). Azotyn amonu można wytworzyć z trójtlenku diazotu N 2 O 3 , który formalnie jest bezwodnikiem kwasu azotawego:

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

Struktura

Dwie kanoniczne struktury z NO
2
, które przyczyniają się do powstania hybrydy rezonansowej dla jonu azotynu

Jon azotynowy ma strukturę symetryczną ( symetria C2v ), z obydwoma wiązaniami N–O o równej długości i kącie wiązania około 115°. W teorii wiązań walencyjnych jest opisana jako hybryda rezonansowa z równym udziałem dwóch form kanonicznych, które są swoimi lustrzanymi odbiciami. W teorii orbitali molekularnych istnieje wiązanie sigma między każdym atomem tlenu i atomem azotu oraz zdelokalizowane wiązanie pi utworzone z orbitali p na atomach azotu i tlenu, które jest prostopadłe do płaszczyzny cząsteczki. Ujemny ładunek jonu jest równomiernie rozłożony na dwóch atomach tlenu. Zarówno atomy azotu, jak i tlenu niosą wolną parę elektronów. Dlatego jon azotynowy jest zasadą Lewisa .

Reakcje

Właściwości kwasowo-zasadowe

Wymiary trans- HONO (z widma mikrofalowego )

Azotyn jest sprzężoną zasadą słabego kwasu azotawego :

HNO 2 ⇌ H + + NR
2
; P K ≈ 3,3 w temperaturze 18 ° C     

Kwas azotowy jest bardzo lotny - w fazie gazowej, że istnieje głównie w postaci trans -planar cząsteczki. W rozwiązaniu jest niestabilny w stosunku do reakcji dysproporcjonowania :

3HNO 2 (roztwór wodny) ⇌ H 3 O + + NO
3
+ 2 NIE

Ta reakcja przebiega powoli w 0 °C. Dodatek kwasu do roztworu azotynu w obecności czynnika redukującego , takiego jak żelazo(II), jest sposobem na wytworzenie tlenku azotu (NO) w laboratorium.

Utlenianie i redukcja

Formalny stopień utlenienia atomu azotu w azotynie wynosi +3. Oznacza to, że może być utleniony do stopnia utlenienia +4 i +5 lub zredukowany do stopnia utlenienia tak niskiego jak -3. W poniższej tabeli przedstawiono standardowe potencjały redukcji dla reakcji bezpośrednio z udziałem kwasu azotawego:

Połowa reakcja E 0 ( V )
NIE
3
+ 3 H + + 2 e HNO 2 + H 2 O
+0,94
2 HNO 2 + 4 H + + 4 e ⇌ H 2 N 2 O 2 + 2 H 2 O +0,86
N 2 O 4 + 2 H + + 2 e ⇌ 2 HNO 2 +1.065
2 HNO 2 + 4 H + + 4 e ⇌ N 2 O + 3 H 2 O +1,29

Dane można rozszerzyć o produkty na niższych stopniach utlenienia. Na przykład:

H 2 N 2 O 2 + 2 H + + 2 e N 2 + 2 H 2 O;      E 0 = 2,65 V

Reakcje utleniania zwykle prowadzą do powstania jonu azotanowego , z azotem w stanie utlenienia +5. Na przykład utlenianie jonem nadmanganianowym może być wykorzystane do ilościowej analizy azotynów (przez miareczkowanie ):

5 NIE
2
+ 2 MnO
4
+ 6 H + → 5 NIE
3
+ 2 Mn 2+ + 3 H 2 O

Produkty reakcji redukcji z jonem azotynu są zróżnicowane w zależności od zastosowanego środka redukującego i jego siły. W przypadku dwutlenku siarki produktami są NO i N 2 O; cyny (II) (Sn 2+ ) produkt Kwas Diazotowy (H 2 N 2 O 2 ); redukcja aż do amoniaku (NH 3 ) zachodzi z siarkowodorem . Z kationem hydrazynium ( N
2
h+
5
) produktem redukcji azotynów jest kwas azotowodorowy (HN 3 ), niestabilny i wybuchowy związek:

HNO 2 + N
2
h+
5
→ HN 3 + H 2 O + H 3 O +

który może również dalej reagować z azotynem:

HNO 2 + HN 3 → N 2 O + N 2 + H 2 O

Ta reakcja jest niezwykła, ponieważ obejmuje związki z azotem na czterech różnych stopniach utlenienia.

Analiza azotynów

Azotyny są wykrywane i analizowane za pomocą reakcji Griessa , polegającej na tworzeniu głębokiego czerwonego barwnika azowego po obróbce NO
2
-zawierająca próbkę z kwasem sulfanilowym i naftylo-1-aminą w obecności kwasu.

Kompleksy koordynacyjne

Azotyn jest ligandem ambidentalnym i może tworzyć wiele różnych kompleksów koordynacyjnych, wiążąc się z jonami metali na kilka sposobów. Dwa przykłady to czerwony kompleks nitritowy [Co(NH 3 ) 5 (ONO)] 2+ jest metastabilny , izomeryzuje do żółtego kompleksu nitro [Co(NH 3 ) 5 (NO 2 )] 2+ . Azotyn jest przetwarzany przez kilka enzymów, z których wszystkie wykorzystują kompleksy koordynacyjne.

Biochemia

Schematyczne przedstawienie mikrobiologicznego cyklu azotu. ANAMMOX to beztlenowe utlenianie amonu, DNRA to dysymilacyjna redukcja azotanów do amonu, a COMMAMOX to całkowite utlenianie amonu.

W nitryfikacji amon jest przekształcany w azotyny. Ważnymi gatunkami są Nitrosomonas . Inne gatunki bakterii, takie jak Nitrobacter , są odpowiedzialne za utlenianie azotynów do azotanów.

Azotyny mogą zostać zredukowane do tlenku azotu lub amoniaku przez wiele gatunków bakterii. W warunkach niedotlenienia azotyn może uwalniać tlenek azotu, który powoduje silne rozszerzenie naczyń krwionośnych . Opisano kilka mechanizmów konwersji azotynów do NO, w tym enzymatyczną redukcję przez oksydoreduktazę ksantynową , reduktazę azotynową i syntazę NO (NOS), jak również nieenzymatyczne reakcje dysproporcjonowania kwasowego .

Toksyczność

Istnienie jonów azotynowych w próbkach wody i źródłach żywności przeznaczonej dla ludzi może powodować różne choroby u ludzi. Na przykład azotyny mogą wytwarzać N-nitrozoaminy w obecności amin drugorzędowych, które podejrzewa się o powodowanie raka żołądka [Źródło?]. Materiały te mogą również reagować z methemoglobiną wytwarzającą hemoglobinę, która zmniejsza zdolność przenoszenia tlenu we krwi w stężeniu 50 mg kg- 1 żywności dla niemowląt i małych dzieci. Obecność azotanu może wywołać ten sam efekt ze względu na jego przemianę w azotyn w układzie pokarmowym i/lub redukcję mikrobiologiczną w produktach spożywczych.

Zastosowania

Prekursor chemiczny

Barwniki azowe i inne barwniki są przygotowywane w procesie zwanym diazowaniem, który wymaga azotynu.

Azotyny w konserwacji żywności i biochemii

Azotyn sodu służy do przyspieszenia peklowania mięsa, a także do nadania atrakcyjnego koloru. Badanie przeprowadzone w 2018 r. przez Brytyjskie Stowarzyszenie Producentów Mięsa wykazało, że prawnie dozwolone poziomy azotynów nie mają wpływu na wzrost bakterii Clostridium botulinum powodujących zatrucie jadem kiełbasianym , zgodnie z opinią brytyjskiego Komitetu Doradczego ds. Bezpieczeństwa Mikrobiologicznego Żywności, że azotyny nie są wymagane aby zapobiec wzrostowi Clostridium botulinum i przedłużyć okres przydatności do spożycia. W USA mięso nie może być oznakowane jako „peklowane” bez dodatku azotynu. W niektórych krajach wędliny są produkowane bez azotanów i azotynów oraz bez azotynów pochodzenia roślinnego. Według doniesień w 2018 r. szynka parmeńska, produkowana bez azotynów od 1993 r., nie spowodowała przypadków zatrucia jadem kiełbasianym.

U myszy pokarm bogaty w azotyny wraz z nienasyconymi tłuszczami może zapobiegać nadciśnieniu, co jest jednym z wyjaśnień widocznego wpływu diety śródziemnomorskiej na zdrowie . Wykazano jednak, że dodawanie azotynów do mięsa generuje znane czynniki rakotwórcze; Światowa Organizacja Zdrowia informuje, że spożywanie 50 g (1,8 uncji) przetworzonego mięsa azotynowego dziennie zwiększa ryzyko zachorowania na raka jelita o 18% w ciągu całego życia. Zalecane maksymalne limity Światowej Organizacji Zdrowia w wodzie pitnej wynoszą odpowiednio 3 mg L -1 i 50 mg L -1 dla jonów azotynowych i azotanowych .

Peklowanie mięsa

W reakcji z mioglobiną mięsa azotyn nadaje produktowi pożądany różowo-czerwony „świeży” kolor, taki jak w przypadku peklowanej wołowiny. W Stanach Zjednoczonych azotyny są formalnie stosowane od 1925 r. Według naukowców pracujących dla grupy przemysłowej American Meat Institute, to stosowanie azotynów rozpoczęło się w średniowieczu. Historycy i epidemiolodzy twierdzą, że powszechne stosowanie azotynów w peklowaniu mięsa jest ściśle powiązane z rozwojem przemysłowego przetwórstwa mięsa. Francuski dziennikarz śledczy Guillaume Coudray twierdzi, że przemysł mięsny decyduje się na peklowanie mięsa azotynem, mimo że ustalono, że ta substancja chemiczna powoduje powstawanie rakotwórczych związków nitrozowych.

Azotyny organiczne

Ester azotynowy

W chemii organicznej azotyny są estrami kwasu azotawego i zawierają grupę funkcyjną nitrozoksy. Związki nitro zawierają grupę C–NO 2 . Azotyny mają wzór ogólny RONO, gdzie R oznacza grupę arylową lub alkilową . Azotyn amylu i inne azotyny alkilowe są używane w medycynie do leczenia chorób serca, a czasami są używane rekreacyjnie do ich "przyspieszenia" i przedłużenia orgazmu , szczególnie u mężczyzn. Klasyczną nazwaną reakcją syntezy azotynów alkilowych jest synteza Meyera, w której halogenki alkilowe reagują z azotynami metali w mieszaninę do nitroalkanów i azotynów.

Bezpieczeństwo

Wykazano, że dodawanie azotynów do mięsa generuje znane czynniki rakotwórcze, takie jak nitrozoaminy ; Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) zaleca, aby każdy z 50 g (1,8 uncji) z przetworzonego spożywane dziennie będzie zwiększać ryzyko zachorowania na raka jelita grubego o 18% w ciągu życia; „mięso przetworzone” odnosi się do mięsa, które zostało przetworzone poprzez fermentację, peklowanie azotynem, solenie, wędzenie lub inne procesy mające na celu wzmocnienie smaku lub poprawę konserwacji. Przegląd ponad 400 badań Światowej Organizacji Zdrowia wykazał w 2015 r., że istnieją wystarczające dowody na to, że przetworzone mięso powoduje raka, zwłaszcza raka okrężnicy; Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC) WHO sklasyfikowała przetworzone mięso jako rakotwórcze dla ludzi ( Grupa 1 ).

Azotyny (spożywane) w warunkach powodujących endogenną nitrozację , w szczególności produkcję nitrozoaminy , zostały sklasyfikowane przez IARC jako „ Prawdopodobnie rakotwórcze dla ludzi ” ( Grupa 2A ).

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia

Zewnętrzne linki