山埃
| 氰離子 | |
|---|---|
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| IUPAC名 Cyanide | |
| 系統名 Nitridocarbonate(II) | |
| 識別 | |
| CAS編號 | 57-12-5 
|
| PubChem | 5975 |
| ChemSpider | 5755 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N |
| ChEBI | 17514 |
| 性質 | |
| 化學式 | CN |
| 摩爾質量 | 26.02 g·mol−1 |
| 相關物質 | |
| 相關化學品 | 共軛酸：氫氰酸 |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
無機山埃俗稱山奈或山埃（來自英語音譯），是指包含有氰根離子（CN−）的無機鹽，可認為是氫氰酸（HCN）的鹽。可溶的山埃如：氰化鉀和氰化鈉有劇毒。[3]氫氰酸，又叫氰化氫，化學式 HCN，是一種揮發性高的液體，在工業上大量生產。它可由山埃酸化而成。
另有有機山埃，是由氰基通過單鍵與另外的碳原子結合而成，通常叫做腈。舉個例子，乙腈是由氰基和甲基 (CH3)鍵合而成的化合物。儘管它們通常不釋放氰離子，但羥腈會這樣做，所以有毒。
山埃在英文中稱為cyanide，由cyan（青色，藍綠色）衍生而來。考慮單質的氰[(CN)2]呈氣態，故以青字加上氣字頭，得到現在通行的氰字。而英文中將氰與青色相聯繫，是因為當時發現的著名的普魯士藍是一種藍色的染料，為含氰無機物。
成鍵[編輯]
氰離子和氮氣、一氧化碳是等電子體。在碳和氮原子之間有一個三鍵。氰離子的負電荷聚集在碳原子上。[4][5]
存在[編輯]
自然界[編輯]
山埃可以由某些細菌、真菌和藻類生產。它是許多植物的拒食劑。在某些種子和果核中可發現相當量的山埃，例如苦杏仁、杏、蘋果和桃的種子和果核。[6]可以釋放山埃的化合物稱為氰基化合物。在植物中，山埃通常和糖分子鍵合，形成氰苷，抵禦草食動物。木薯根是熱帶國家種植的一種重要的，類似馬鈴薯的食物（也是製作tapioca的原材料）也含有氰苷。[7][8]
介質[編輯]
氰基自由基 ·CN 存在於星際介質中。[9] 氰氣 (CN)2可用來測量分子雲的溫度。[10]
熱分解和燃燒產物[編輯]
氫氰酸可以由某些材料在缺氧環境下的熱分解而成。舉個例子，它可以在內燃機尾氣和煙草煙霧中被檢測到。某些塑膠，特別是丙烯腈的衍生物加熱或燃燒會產生氫氰酸。[11]
輔因子[編輯]
氫化酶的活性位點含有與鐵相連的氰根配體。[NiFe]-氫化酶的山埃生物合成來自氨甲酰磷酸酯，它會被轉化成半胱氨酸硫氰酸酯，一種CN− 供體。[12]
反應[編輯]
水解[編輯]
山埃在水中不穩定，但反應在170 °C之前都很緩慢。它的水解會產生毒性遠低於山埃的氨和甲酸鹽：[13]
- CN- + 2 H2O → HCO2- + NH3
烷基化[編輯]
氰離子有高親核性，所以氰基很容易引入到有機化合物中，並替換掉一個鹵素原子（例如氯甲烷的氯原子）。有機山埃被稱為腈。在有機合成中，山埃是C-1 合成子，可以使碳鏈的長度加一：[14]
- RX + CN− → RCN + X−
氧化還原反應[編輯]
氰離子是還原劑，會被強氧化劑如氯氣 (Cl2)、次氯酸鹽 (ClO−)和過氧化氫 (H2O2)氧化。這些氧化劑在金礦開採中用於消除含氰廢水。[15][16][17]
配合[編輯]
氰離子會和過渡金屬反應，形成M-CN鍵。這個反應也是山埃的毒性來源。[18]金屬對這種陰離子 高親和力可歸因於其負電荷、緻密性和參與π鍵合的能力。
最重要的氰配合物是鐵氰酸鉀和染料普魯士藍。由於氰離子和鐵原子緊密成鍵，它們都沒有毒。[19]
製備[編輯]
在安德魯索夫氧化反應中，氫氰酸是由甲烷和氨在氧氣和鉑催化劑存在下反應而成的。[20][21]
- 2 CH4 + 2 NH3 + 3 O2 → 2 HCN + 6 H2O
氰化鈉是很多山埃的前體，可以由氫氰酸和氫氧化鈉反應而成：[13]
- HCN + NaOH → NaCN + H2O
毒性[編輯]
絕大部分山埃都是劇毒的。氰離子是一種細胞色素c氧化酶（又稱aa3）的酶抑制劑，這是在真核細胞的線粒體內膜中發現的第四種電子傳遞鏈配合物。氰離子附着在這種蛋白質中的鐵原子上。山埃與這種酶的結合阻止了電子從細胞色素c氧化酶到氧氣的傳輸。結果，電子傳遞鏈被破壞，細胞不能再有氧地產生ATP來獲取能量了。[22]高度依賴有氧呼吸的組織，例如中樞神經系統和心臟受到的影響最大。這是組織毒性缺氧的例子。[23]
山埃進入機體後分解出具有毒性的氰離子（CN-），氰離子能抑制組織細胞內42種酶的活性，如細胞色素氧化酶、過氧化物酶、脫羧酶、琥珀酸脫氫酶及乳酸脫氫酶等。其中，細胞色素氧化酶對山埃最為敏感。
其致死機制主要與呼吸作用有密切關係。細胞內的線粒體會利用一系列的酶進行呼吸作用，以生成三磷酸腺苷（ATP）和熱能維持細胞其他的新陳代謝和酶的活性。在呼吸作用中，可分為三種階段，分別為在細胞質中進行的糖酵解，以及在線粒體中進行的克雷伯氏循環與氧化磷酸化，這三種由不同的酶所操控的化學反應把葡萄糖，脂肪及氨基酸進行分解代謝，以生成ATP及放出熱能維持代謝。基於氰離子對重金屬離子的超強絡合能力，氰離子極易與含有鐵離子，金離子等等的不同種類與呼吸作用相關的酶結合，尤其與呼吸作用中進行最後步驟 : 氧化磷酸化與過程中的電子傳遞鏈，極易與進行最後電子傳遞受體的細胞色素氧化酶a3結合，引致這種酶的失去活性，使得電子失去與受體進行結合的能力，不能進行氧化還原反應生成水和ATP，使得整個氧化磷酸化不能進行，結果導致克雷伯氏循環中的大量產物如NADPH 等積累在線粒體內膜，難以再作循環代謝反應，結果導致克雷伯氏循環代謝能力也大量下降，最終結果引致細胞完全不能進行需氧呼吸以獲取足夠能量，只能夠透過糖酵解放出少量的ATP (一粒葡萄糖經糖酵解代謝後只得2粒ATP生成，對比完全氧化後的38粒是極微量的)，引致細胞內窒息導致人體死亡。
山埃中毒的臨床症狀包括﹕
中毒者血液pH值在吸食後兩至三分鐘內急劇下降 缺氧窒息 身體散發大量類似苦杏仁味的氣味 嚴重昏迷及面部發紫 即使痊瘉後，大部份中毒者的腦部和心臟一般都已受永久性傷害
最危險的山埃是氫氰酸，它是一種氣體，可以通過吸入殺人。因此，在使用氫氰酸工作時，必須佩戴由外部氧氣源供應的呼吸器。[11]氫氰酸可以由山埃溶液和酸反應而成。山埃的鹼性溶液相對安全，因為它們不會放出氰化氫氣體。氫氰酸也可以由聚氨酯的燃燒產生，因此不建議將聚氨酯用於家用和飛機家具。口服低至 200 毫克的山埃溶液，或暴露於270 ppm 山埃的空氣中，足以在幾分鐘內導致死亡。[23]
腈不準備放出氰離子，所以毒性較低。作為對比，像是三甲基氰矽烷 (CH3)3SiCN的化合物遇水放出HCN 或氰離子。[24]
解毒[編輯]
羥鈷胺會和山埃反應，形成可以安全被腎臟清除的氰鈷胺。這種方法的優點是避免形成高鐵血紅蛋白（見下文）。該解毒劑試劑盒以品牌Cyanokit銷售，並於2006年獲得美國食品藥品監督管理局的批准。[25]
一個較舊的山埃解毒劑試劑盒包括三種物質的給藥：亞硝酸異戊酯（通過吸入給藥）、亞硝酸鈉和硫代硫酸鈉。解毒劑的目標是產生大量的三價鐵 (Fe3+)，以便和細胞色素 a3 競爭山埃（這樣山埃將與解毒劑，而不是酶結合）。亞硝酸鹽會把血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白，它與細胞色素氧化酶競爭氰離子。這形成高鐵血紅蛋白，並恢復細胞色素c氧化酶。它們從體內去除山埃的主要機制是通過線粒體酶硫氰酸鹽酶促轉化為硫氰酸鹽。硫氰酸鹽是一種相對無毒的分子，由腎臟排泄。為了加速這種解毒，人們使用硫代硫酸鈉來為硫氰酸鹽酶提供硫，這是生產硫氰酸鹽所必需的。[26]
應用[編輯]
採礦業[編輯]
山埃被大量用於黃金和銀的開採中，它有助於溶解這些金屬，從而與其他固體分離。在黃金氰化法中，將精細研磨的高品位礦石與山埃混合（NaCN與礦石的比例約為 1:500）；低品位礦石則被堆成一堆，然後噴上山埃溶液（NaCN與礦石的比例約為 1:1000）。這些貴金屬和氰陰離子配合，形成可溶的 [Au(CN)2]− 和[Ag(CN)2]−。[13]
- 4 Au + 8 NaCN + O2 + 2 H2O → 4 Na[Au(CN)2] + 4 NaOH
- Ag2S + 4 NaCN + H2O → 2 Na[Ag(CN)2] + NaSH + NaOH
醫藥用途[編輯]
一種山埃——硝普鈉主要用於臨床化學測量尿的酮體，主要作為糖尿病患者的追蹤。它有時用於緊急醫療情況下，使人類的血壓迅速下降；它還用作血管研究中的血管擴張劑。第一次世界大戰期間，日本醫生曾短暫使用銅山埃治療肺結核和麻風病。[27]
非法捕魚和偷獵[編輯]
山埃被非法用於在珊瑚礁附近為水族館和海鮮市場捕獲活魚。這種做法具有爭議性、危險性和破壞性，但受到利潤豐厚的外來魚類市場的推動。[28]
非洲的偷獵者使用山埃在水坑中下毒，殺死大象以獲取象牙。[29]
除害蟲[編輯]
M44山埃設備在美國被用來殺死土狼和其他犬科動物。[30]山埃還用於新西蘭的動物控制，特別是刷尾負鼠。這是一種外來引入的有袋動物，威脅到本地物種，並在牛群中傳播結核病。山埃也用於殺死本地鳥類，包括瀕臨滅絕的奇異鳥。[31]山埃也可有效控制尤金袋鼠，這是另一種引入新西蘭的入侵有袋動物。[32]在新西蘭儲存、處理和使用山埃需要許可證。
山埃被用作熏蒸船舶的殺蟲劑。[33]山埃可用於殺死螞蟻、[34]並在某些地方被用作老鼠藥[35]（現在毒性較低的砷更常見）。[36]
其它用途[編輯]
儘管其有毒，山埃和氰醇可促進各種植物的發芽。[37][38]
毒藥[編輯]
人類蓄意使人山埃中毒在歷史上多次發生。[39]常見的山埃如氰化鈉不是揮發性的，但可溶於水，所以可以意外攝入，使人中毒。氫氰酸是一種氣體，使其更加危險，但它比空氣輕，並迅速擴散到大氣中，這使得它作為化學武器是無效的。氫氰酸在密閉空間內的毒性更有效，例如毒氣室中。最重要的是，從齊克隆B顆粒中釋放的氫氰酸被廣泛用於納粹大屠殺的滅絕營。
食物添加劑[編輯]
由於氰離子和鐵的配合物非常穩定，亞鐵氰酸鹽（亞鐵氰酸鈉 E535、亞鐵氰酸鉀 E536和亞鐵氰酸鈣 E538[40]）在人體內不會分解成致死量的山埃，並在食品工業中用作如食鹽中的抗結塊劑。[41]
山埃的檢驗[編輯]
山埃可通過電位滴定法定量檢驗。這是一種廣泛用於金礦開採的方法，它也可用銀離子滴定法測定。一些分析從對酸化沸騰溶液進行空氣吹掃開始，將蒸汽吹掃到鹼性吸收劑溶液中，然後分析吸收在鹼性溶液中的山埃。[42]
定性測試[編輯]
由於山埃臭名昭著的毒性，人們已經研究了許多方法來檢驗山埃。聯苯胺在鐵山埃存在下呈藍色。[43]硫酸亞鐵加入到含氰溶液時，會產生普魯士藍。1,4-苯醌的DMSO的溶液會和無機山埃反應，形成熒光的氰化苯酚。如果測試結果為陽性，則用紫外線燈照會發出綠色/藍色光。[44]
參見[編輯]
- 含氰的酸：氰化氫、氰酸、三聚氰酸、硫氰酸
- 氰的衍生物：硫氰、氟化氰、氯化氰、溴化氰、碘化氰
- 常見無機山埃：氰化鉀、氰化鈉、氰化鋅、氰化銀、氰化亞銅、氰化汞、氰化鎳、氰化鈷
- 含氰配合物：鐵氰酸鉀、鎳氰酸鉀、鈷氰酸鉀、普魯士藍、氰化銀鉀、氰化亞金鉀
- 有機山埃（腈）：乙腈、丙腈、丙二腈、丁二腈、丙烯腈、維生素B12
參考資料[編輯]
- ^ 「氰」字讀音大陸與台灣聲調不同。
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外部連結[編輯]
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英文維基文庫中的《1911年版大英百科全書》條目：Cyanide |
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維基共享資源上的相關多媒體資源：山埃 |
- 台灣綠健康十字網--山埃
- ATSDR medical management guidelines for cyanide poisoning (US) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- HSE recommendations for first aid treatment of cyanide poisoning (UK) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Hydrogen cyanide and cyanides （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） (CICAD 61)
- IPCS/CEC Evaluation of antidotes for poisoning by cyanides （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
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- Eating apple seeds is safe despite the small amount of cyanide
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