일산화 질소

일산화 질소(nitric oxide, NO)는 다양한 산화 질소 화합물 중, 하나의 질소(nitrogen)와 하나의 산소(oxygen)로 이루어진 화합물이다.

일산화 질소의 구조 ()

목차

일산화 질소는 상온(25 °C)에서 무색의 기체로 존재한다. 끓는점(boiling point)은 -151 °C이며, 질소 원자와 산소 원자 사이의 결합 길이는 1.151 Å으로 이중 결합(double bond)과 삼중 결합(triple bond)의 중간값을 가진다. 전자의 개수가 홀수이기 때문에 전자를 얻거나 잃는 경향이 강하여 양이온(NO⁺) 또는 음이온(NO^-)과 같은 이온을 잘 형성한다.

일산화 질소는 분자 내에 홀수 개의 전자를 가지고 있으며, 짝지어지지 않은 홀전자인 라디칼(radical)은 구조 내에서 점으로 표시된다. 반응성이 높아, 산화(oxidation)에 의해 이산화 질소(nitrogen dioxide)로 쉽게 변형된다. 일산화 질소는 산소와 질소가 높은 온도에서 반응할 때 생성되며, 자동차의 내연기관, 가스 터빈 등에서 주로 발생한다. 이에, 대기오염의 주원인 기체로도 알려져 있다.

인공적으로는 고온(750-900 °C)과 백금(platinum) 촉매(catalyst) 존재 하에서 암모니아(ammonia)와 산소와 반응시켜 만든다.

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ 4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6H2O }@@NAMATH_DISPLAY@@

이외에 질산(nitric acid, HNO₃)과 구리(copper, Cu) 촉매 조건에서도 합성이 가능하다. ¹⁾²⁾

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ 8 HNO3 + 3 Cu -> 3 Cu(NO3)2 + 4 H2O + 2 NO }@@NAMATH_DISPLAY@@

일산화 질소는 생물학적으로 다양한 작용을 한다. 미국의 화학자인 로버트 퍼치고트(Robert Francis Furchgott)와 약리학자 루이스 이그나로(Luis J. Ignarro), 페리드 무라드(Ferid Murad)는 일산화 질소의 생물학적 작용 기전에 관한 연구로 1998년 노벨 생리학상, 노벨의학상을 수상하였다.³⁾

일산화 질소는 일산화 탄소(carbon monoxide), 황화 수소(hydrogen sulfide)와 함께 생체 내 신경계에서 대표적인 기체성 신경전달 물질(neurotransmitter)이다. 다양한 생체 내 과정의 신호 전달 체계에서 매우 중요한 역할이 관찰된다.⁴⁾⁵⁾⁶⁾

일산화 질소는 순환기계에서 혈관 확장 물질로 알려져 있다. 혈관 내의 혈소판(platelet) 및 백혈구(leukocyte, white blood cell, WBC) 응집을 억제함으로서 혈관 확장을 도울 수 있고, 폐혈관계의 확장에 도움을 주어 고산지대에서의 저산소증을 피하게 도와준다. 노벨상의 창시자인 알프레도 노벨(Alfred Nobel)이 사용한 니트로글리세린(nitroglycerine)은 체내에서 산화질소를 생성하는데 활용이 되었으며, 임상학적으로 적용되고 있다. 발기부전 치료제인 비아그라(viagra)나 고산증 치료제 역시 일산화 질소의 생체 내 혈관 확장 기능과 관계가 있는 약물이다.⁷⁾⁸⁾⁹⁾

일산화 질소는 면역계에서는 항암 및 미생물 작용을 방어하는 물질로 알려져 있다. 그러나, 일산화 질소는 호흡에 의해 중독성을 가지고 있으며, 100 ppm 수준의 일산화 질소에 노출될 경우 사망할 수 있기 때문에 주의가 필요하다.¹⁰⁾¹¹⁾

일산화 질소는 공기 중 슈퍼옥사이드 음이온 라디칼(hydroperoxy radical, HO₂•)을 만나 이산화 질소 라디칼(nitrogen dioxide radical)을 형성하고, 형성된 이산화 질소 라디칼은 다시 수산기 라디칼(hydroxy radical, •OH)을 만나 질산염을 만든다. 질산염은 산성비(acid rain)의 구성 성분을 이루며, 환경에 악영향을 미친다. 또한, 일산화 질소 라디칼은 대기 중 오존과 반응하여 이산화 질소를 형성하는데, 이는 오존층(ozone layer) 파괴의 원인이 된다.¹²⁾¹³⁾

일산화 질소의 생물학적 작용과 환경적 영향의 중요성으로 인해 이를 감지할수 있는 다양항 방법이 개발되어지고 있다. 대표적인 방법으로는 일산화 질소가 오존(ozone, O₃)를 만나 이산화 질소와 산소로 바뀌며 발생되는 화학발광(chemiluminescence)를 측정하는 방법이다.

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ NO + O3 -> NO2 + O2 + light }@@NAMATH_DISPLAY@@

이외에 전기화학적 분석 방법이나 금속-착물 기반 전자 상자기성 공명(electron paramagnetic resonance, EPR) 분석 방법 등이 있다. ¹⁴⁾¹⁵⁾

1. 'Nitric Oxide (CHEBI: 16480)'. Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI). UK: European Bioinformatics Institute.
2. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
3. Culotta, Elizabeth; Koshland, Daniel E. Jr (1992). 'NO news is good news'. Science. 258 (5090): 1862–1864. doi: 10.1126/science.1361684.
4. Hou, YC; Janczuk, A; Wang, PG (1999). 'Current trends in the development of nitric oxide donors'. Current Pharmaceutical Design. 5 (6): 417–41.
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8. Khalid M. Naseem (2005). 'The role of nitric oxide in cardiovascular diseases'. Molecular Aspects of Medicine 26: 33-65.
9. Per Agvald; L. Christofer Adding; Andreas Artlich; Magnus G. Persson; Lars E. Gustafsson. (2002). 'Mechanisms of nitric oxide generation from nitroglycerin and endogenous sources during hypoxia in vivo'. Br. J. Pharmacol. 135(2): 333-382.
10. Bhumit A. Patel; Magali Moreau; Joanne Widom; Huan Chen; Longfei Yin; Yuejin Hua; Brian R. Crane (2009). 'Endogenous nitric oxide regulates the recovery of the radiation-resistant bacterium Deinococcus radiodurans from exposure to UV light'. PNAS. 106 (43): 18183–18188. doi: 10.1073/pnas.0907262106.
11. Nitric oxide side effects,
12. What is Acid Rain?,
13. Nitrous Oxide Now Top Ozone-depleting Emission,
14. Fontijn, Arthur.; Sabadell, Alberto J.; Ronco, Richard J. (1970). 'Homogeneous chemiluminescent measurement of nitric oxide with ozone. Implications for continuous selective monitoring of gaseous air pollutants'. Analytical Chemistry. 42 (6): 575–579. doi: 10.1021/ac60288a034
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