氰化物是特指帶有氰離子(CN?)或氰基(-CN)的化合物,其中的碳原子和氮原子通過叁鍵相連接。這一叁鍵給予氰基以相當(dāng)高的穩(wěn)定性,使之在通常的化學(xué)反應(yīng)中都以一個(gè)整體存在。因該基團(tuán)具有和鹵素類似的化學(xué)性質(zhì),常被稱為擬鹵素。通常為人所了解的氰化物都是無機(jī)氰化物,俗稱山奈或山埃(來自英語音譯“Cyanide”),是指包含有氰根離子(CN?)的無機(jī)鹽,可認(rèn)為是氫氰酸(HCN)的鹽,常見的有***和氰化鈉。它們多有劇毒,故而為世人熟知。另有有機(jī)氰化物,是由氰基通過單鍵與另外的碳原子結(jié)合而成。視結(jié)合方式的不同,有機(jī)氰化物可分類為腈(-CN)和異腈(-NC),相應(yīng)的,氰基可被稱為腈基(-CN)或異腈基(-NC)。
氰化物在英文中稱為cyanide,由cyan(青色,藍(lán)綠色)衍生而來??紤]單質(zhì)的氰[(CN)2]呈氣態(tài),故以青字加上氣字頭,得到現(xiàn)在通行的氰字。而英文中將氰與青色相聯(lián)系,是因?yàn)楫?dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的有名的普魯士藍(lán)是一種藍(lán)色的染料,為含氰無機(jī)物。
外觀與氣味
氰化氫(HCN)是一種無色氣體,帶有淡淡的苦杏仁味。有趣的是,有四**根本就聞不到它的味道,僅僅因?yàn)槿鄙傧鄳?yīng)的基因。***和氰化鈉都是無色晶體,在潮濕的空氣中,水解產(chǎn)生氫氰酸而具有苦杏仁味。
存在與應(yīng)用
氰化物擁有令人生畏的毒性,它們廣泛存在于自然界,尤其是生物界。氰化物可由某些**,**或藻類制造,并存在于相當(dāng)多的食物與植物中。在植物中,氰化物通常與糖分子結(jié)合,并以含氰糖苷(cyanogenic glycoside)形式存在。比如,木薯中就含有含氰糖苷,在食用前必須設(shè)法將其除去(通??砍掷m(xù)沸煮)。水果的核中通常含有氰化物或含氰糖苷。如杏仁中含有的苦杏仁苷,就是一種含氰糖苷,故食用杏仁前通常用溫水浸泡以去毒。
人類的活動(dòng)也導(dǎo)致氰化物的形成。汽車尾氣和香煙的煙霧中都含有氰化氫,燃燒某些塑料和羊毛也會(huì)產(chǎn)生氰化氫。
采礦業(yè)
在廣義酸堿理論中,氰離子(CN?)被歸類為軟堿,故而可與軟酸類的低價(jià)重金屬離子形成較強(qiáng)的結(jié)合?;诖耍杌锉粡V泛應(yīng)用于濕法冶煉金、銀。
氰化物被大量用于黃金開采中,因?yàn)榻饐钨|(zhì)由于氰離子的絡(luò)合作用降低了其氧化電位從而能在堿性條件下被空氣中的氧氣氧化生成可溶性的金酸鹽而溶解,由此可以有效地將金從礦渣中分離出來,然后再用活潑金屬比如鋅塊經(jīng)過置換反應(yīng)把金從溶液中還原為金屬(參見濕法冶金)。
有機(jī)合成
氰化物在有機(jī)合成中是非常有用的試劑。常用來在分子中引入一個(gè)氰基,生成有機(jī)氰化物,即腈。例如紡織品中常見的腈綸,它的化學(xué)名稱是聚丙烯腈。腈通過水解可以生成羧酸;通過還原可以生成胺等;可以衍生出其它許多的官能團(tuán)來。
毒性
其致死機(jī)制與呼吸作用有密切關(guān)系。細(xì)胞內(nèi)的線粒體會(huì)利用一系列的酶進(jìn)行呼吸作用,以生成三磷酸腺苷(ATP)和熱能維持細(xì)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(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的糖酵解,以及在線粒體中進(jìn)行的克雷伯氏循環(huán)與氧化磷酸化,這三種由不同的酶所操控的化學(xué)反應(yīng)把葡萄糖,脂肪及氨基酸進(jìn)行分解代謝,以生成ATP及放出熱能維持代謝?;谇桦x子對(duì)重金屬離子的超強(qiáng)絡(luò)合能力,氰離子極易與含有鐵,金等等的不同種類的呼吸酶結(jié)合,尤其與呼吸作用中進(jìn)行*后步驟 : 氧化磷酸化與過程中的電子傳遞鏈,極易與進(jìn)行*后電子傳遞受體的細(xì)胞色素氧化酶a3結(jié)合,引致這種酶的失去活性,使得電子失去與受體進(jìn)行結(jié)合的能力,不能進(jìn)行氧化還原反應(yīng)生成水和ATP,使得整個(gè)氧化磷酸化不能進(jìn)行,結(jié)果導(dǎo)致克雷伯氏循環(huán)中的大量產(chǎn)物如NADPH 等積累在線粒體內(nèi)膜,難以再作循環(huán)代謝反應(yīng),結(jié)果導(dǎo)致克雷伯氏循環(huán)代謝能力也大量下降,*終結(jié)果引致細(xì)胞完全不能進(jìn)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(jīng)糖酵解代謝后只得2粒ATP生成,對(duì)比完全氧化后的38粒是極微量的),引致細(xì)胞內(nèi)窒息導(dǎo)致人體死亡。
氰化物中毒的臨床癥狀包括﹕
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中毒者血液pH值在吸食后兩至三分鐘內(nèi)急劇下降
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缺氧窒息
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身體散發(fā)大量類似杏仁味的氣味
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嚴(yán)重昏迷及面部發(fā)紫
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即使痊愈后,大部分中毒者的腦部和心臟一般都已受長(zhǎng)久性傷害
人體代謝過程
氰離子主要和線粒體內(nèi)進(jìn)行呼吸作用中的*后步驟的氧化磷酸化和電子傳遞鏈中起著控制作用的細(xì)胞色素P450(即細(xì)胞色素氧化酶a3)中的鐵離子結(jié)合,引致這種酶的活性部位改變,從而被抑制。這減低在呼吸作用中電子傳遞鏈起到的傳遞電子能力的反應(yīng)效率,由于磷酸化過程中,電子受體是一步一步的,透過不同產(chǎn)物拋離及交換電子以打破代學(xué)鍵來放出能量的,*終把電子傳遞至一個(gè)受體,形成穩(wěn)定及能級(jí)較為低的化合物 (例子有水),其中過程便是有線粒體內(nèi)膜中的一系列呼吸酶所操控的,但是若果其中有一個(gè)反應(yīng)受到影響的話,產(chǎn)物便會(huì)積累,結(jié)果引致前方克雷伯氏循環(huán)中的產(chǎn)物也會(huì)積累,其后果便是整體效率急劇下降,*終完全停止,引發(fā)整個(gè)需氧呼吸程序不能進(jìn)行。由于糖酵解是在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行,線粒體的產(chǎn)物受到積累通常都不會(huì)影響糖酵解的反應(yīng)效率,細(xì)胞因此便會(huì)進(jìn)行糖酵解獲得能量,即缺氧呼吸,把及后生成的產(chǎn)物傳遞至另一些受體,結(jié)果大量生成化合物乳酸,乳酸會(huì)進(jìn)入血液中。由于人類所有細(xì)胞都需進(jìn)行呼吸作用,故氰化物將抑制著所有細(xì)胞的需氧呼吸,使乳酸生產(chǎn)量大增且被放進(jìn)血液中,引致血液pH值下降。
由于血液pH值的下降會(huì)使酶的活動(dòng)再度減慢,使吸服者出現(xiàn)代謝性酸中毒,把身體大部分控制身體機(jī)能的酶抑制著,引致大部分在身體的維持生命活動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)不能夠進(jìn)行,這便引致中毒者死亡了。
由于氰離子一般都會(huì)由血液中發(fā)揮作用及吸收進(jìn)血液中,故紅血球*先大量被殺死,心臟細(xì)胞又被氰化物引致窒息而全部死亡,引致心臟停止運(yùn)作,所以循環(huán)系統(tǒng)一般會(huì)*先受到影響。此外,需氧量大的組織,如腦部和肝臟,缺氧呼吸是難以支持它們的活動(dòng),故此無需等到患者出現(xiàn)代謝性酸中毒,它們的大量細(xì)胞便早已死亡了。這也解釋到患者因何吸服后會(huì)很快昏迷。
氰化物是一種專一性的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制物,和酶的反應(yīng)也是長(zhǎng)久性,不能夠隨時(shí)間和酶分開,使酶恢復(fù)正常。它只針對(duì)一系列的細(xì)胞色素氧化酶,不會(huì)對(duì)其他的酶起作用。至于全部細(xì)胞都會(huì)被毒殺,這是因?yàn)楹粑饔迷谒屑?xì)胞中都會(huì)進(jìn)行,其他的化學(xué)反應(yīng)及催化反應(yīng)都必須依賴呼吸作用中的ATP提供能量以支持。
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氰化物中毒一般都很迅速。臨床上常用的搶救方法是用硫代硫酸鈉溶液進(jìn)行靜脈注射,同時(shí)使那些尚有意識(shí)的病人吸入亞硝酸異戊酯進(jìn)行血管擴(kuò)張來克服缺氧。常見的氰化物中毒原因是誤食含氰果仁,比如生桃仁等。中毒后會(huì)發(fā)出一種獨(dú)特的苦杏仁味。
一些政府把氰化物列作管制性危險(xiǎn)品,未經(jīng)申請(qǐng)?jiān)S可者不得擅自制造、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及買賣。