Гидроксиламин (NH2OH) – неорганическое соединение, белые кристаллы. Используется для производства нейлона-6 и в биологической нитрификации. Химия и применение.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Неорганическое соединение
Inorganic compound
Гидроксиламин (также известный как гидроксиаммоний) — неорганическое соединение с химической формулой NH₂OH. Это соединение существует в виде белых гигроскопичных кристаллов. Гидроксиламин почти всегда поставляется и используется в виде водного раствора. Он практически полностью используется для производства нейлона-6. Окисление NH₃ до гидроксиламина является этапом биологической нитрификации.
Hydroxylamine (also known as hydroxyammonia) is an inorganic compound with the chemical formula |NH2OH|auto=1. The compound is in a form of a white hygroscopic crystals. Hydroxylamine is almost always provided and used as an aqueous solution. It is consumed almost exclusively to produce Nylon 6. The oxidation of |NH3 to hydroxylamine is a step in biological nitrification.
История
Гидроксиламин был впервые получен в виде хлорида гидроксиламония в 1865 году немецким химиком Вильгельмом Клеменсом Лоссеном (1838–1906); он прореагировал олово и соляную кислоту в присутствии этилнитрата. Впервые в чистом виде он был получен в 1891 году голландским химиком Лобри де Брюином и французским химиком Леоном Морисом Крисмером (1858–1944). Координационный комплекс ZnCl2(NH2OH)2 (дихлорид цинка ди(гидроксиламина)), известный как соль Крисмера, выделяет гидроксиламин при нагревании.
Hydroxylamine was first prepared as hydroxylammonium chloride in 1865 by the German chemist Wilhelm Clemens Lossen (1838 1906); he reacted tin and hydrochloric acid in the presence of ethyl nitrate. It was first prepared in pure form in 1891 by the Dutch chemist Lobry de Bruyn and by the French chemist Léon Maurice Crismer (1858 1944). The coordination complex |ZnCl2(NH2OH)2 (zinc dichloride di(hydroxylamine)), known as Crismer's salt, releases hydroxylamine upon heating.
Производство
Гидроксиламин или его соли (соли, содержащие гидроксиламмонийные катионы [NH3OH]+) могут быть получены несколькими путями, но лишь два из них экономически целесообразны. Он также образуется в природе, как описано в разделе, посвященном биохимии.
Hydroxylamine or its salts (salts containing hydroxylammonium cations |[NH3OH]+) can be produced via several routes but only two are commercially viable. It is also produced naturally as discussed in a section on biochemistry.
Применение
Примерно 95% гидроксиламина используется в синтезе оксима циклогексанона, который является предшественником нейлона-6. Нейлон-6 затем может подвергаться полимеризации с раскрытием цикла для получения полиамида-6.
Approximately 95% of hydroxylamine is used in the synthesis of cyclohexanone oxime, a precursor to Nylon 6. The latter can then undergo a ring opening polymerization to yield Nylon 6.
Лабораторные применения
Гидроксиламин и его соли обычно используются в качестве восстановителей во множестве органических и неорганических реакций. Они также могут выступать в роли антиоксидантов для жирных кислот. Высокие концентрации гидроксиламина используются биологами для введения мутаций, действуя как аминогидроксилирующий агент нуклеотидных оснований ДНК. Считается, что он действует главным образом посредством гидроксилирования цитидина в гидроксиаминоцитидин, который ошибочно считывается как тимидин, тем самым индуцируя переходы C:G в T:A. Однако высокие концентрации или избыточная реакция гидроксиламина in vitro, по-видимому, способны модифицировать другие участки ДНК и приводить к другим типам мутаций. На практике его в значительной степени вытеснили более сильные мутагены, такие как EMS, ENU или нитрозогуанидин, но, будучи небольшим мутагенным соединением с высокой специфичностью, он нашёл некоторые специализированные применения, например, для мутагенеза ДНК, упакованной в капсиды бактериофагов, и мутагенеза очищенной ДНК in vitro. Альтернативный промышленный синтез парацетамола, разработанный компанией Hoechst–Celanese, включает превращение кетона в кетоксим с использованием гидроксиламина. К другим областям применения, не связанным с химией, относятся удаление шерсти с шкур животных и использование в фотопроявителях. Аналогичным образом, молекулы убиквитина, связанные с остатками серина или треонина, чувствительны к гидроксиламину, в то время как те, что связаны с лизином (изопептидной связью), устойчивы.
Hydroxylamine and its salts are commonly used as reducing agents in myriad organic and inorganic reactions. They can also act as antioxidants for fatty acids. High concentrations of hydroxylamine are used by biologists to introduce mutations by acting as a DNA nucleobase amine hydroxylating agent. In is thought to mainly act via hydroxylation of cytidine to hydroxyaminocytidine, which is misread as thymidine, thereby inducing C:G to T:A transition mutations. But high concentrations or over reaction of hydroxylamine in vitro are seemingly able to modify other regions of the DNA & lead to other types of mutations. Practically, it has been largely surpassed by more potent mutagens such as EMS, ENU, or nitrosoguanidine, but being a very small mutagenic compound with high specificity, it found some specialized uses such as mutation of DNA packed within bacteriophage capsids, & mutation of purified DNA in vitro. An alternative industrial synthesis of paracetamol developed by Hoechst–Celanese involves the conversion of ketone to a ketoxime with hydroxylamine. Some non chemical uses include removal of hair from animal hides and photographic developing solutions. Similarly, Ubiquitin molecules bound to serines or threonines residues are sensitive to hydroxylamine, but those bound to lysine (isopeptide bond) are resistant.
Биохимия
При биологической нитрификации окисление NH3 до гидроксиламина происходит при посредничестве аммиачной монооксигеназы (AMO). Цитохром P460, фермент, обнаруженный у аммиаксокисляющих бактерий Nitrosomonas europea, способен превращать гидроксиламин в закись азота, мощный парниковый газ. Гидроксиламин также может быть использован для высокоселективного расщепления пептидных связей аспарагинилглицина в пептидах и белках. Он также связывается с гемосодержащими ферментами и необратимо их инактивирует (отравляет). Благодаря структурному сходству с водой, он применяется в качестве необратимого ингибитора кислородовыделяющего комплекса фотосинтеза.
In biological nitrification, the oxidation of |NH3 to hydroxylamine is mediated by the ammonia monooxygenase (AMO). Cytochrome P460, an enzyme found in the ammonia oxidizing bacteria Nitrosomonas europea, can convert hydroxylamine to nitrous oxide, a potent greenhouse gas. Hydroxylamine can also be used to highly selectively cleave asparaginyl glycine peptide bonds in peptides and proteins. It also bonds to and permanently disables (poisons) heme containing enzymes. It is used as an irreversible inhibitor of the oxygen evolving complex of photosynthesis on account of its similar structure to water.
Безопасность и экологические проблемы
С теоретической энергией разложения около 5 кДж/г, гидроксиламин является взрывчатым веществом, и водные растворы концентрацией выше 80% могут быть легко детонированы детонатором или сильным нагревом в замкнутом пространстве. Однако известно, что соли железа(II) и железа(III) ускоряют разложение 50%-ных растворов NH2OH. Гидроксиламин и его производные безопаснее использовать в форме солей. Он оказывает раздражающее действие на дыхательные пути, кожу, глаза и другие слизистые оболочки. Может всасываться через кожу, вреден при проглатывании и обладает возможным мутагенным действием.
With a theoretical decomposition energy of about 5 kJ/g, hydroxylamine is an explosive, and aqueous solutions above 80% can be easily detonated by detonator or strong heating under confinement. It is known, however, that ferrous and ferric iron salts accelerate the decomposition of 50% |NH2OH solutions. Hydroxylamine and its derivatives are more safely handled in the form of salts. It is an irritant to the respiratory tract, skin, eyes, and other mucous membranes. It may be absorbed through the skin, is harmful if swallowed, and is a possible mutagen.