亞硝酸鈉：亦正亦邪的多面手

靳偉良 ，汪晶 ，朱莉娜 ，孔德明

1天津大學(xué)理學(xué)院化學(xué)化工實驗教學(xué)中心，天津300354

2南開大學(xué)化學(xué)院，天津300071

化工產(chǎn)品協(xié)會年度頒獎大會已然接近尾聲，壓軸頒發(fā)的最佳多面手大獎引起了人們的廣泛關(guān)注，氯化鈉和氰化鈉都是這一獎項的熱門人選。這份年度大獎究竟會花落誰家呢？大家都在拭目等待。

賣報小哥(手里揮舞著報紙在街上一邊奔走一邊大聲宣揚(yáng))：“號外，號外！爆冷了，此次化工產(chǎn)品協(xié)會的年度最佳多面手大獎竟然被亞硝酸鈉摘得！”

氯化鈉(神情錯愕的問號臉，表情漸漸變憤怒)：“什么？小哥你先等等！我有沒有聽錯？這個獎項絕對有黑幕！大家都來評評理，我食鹽氯化鈉作為‘百味之王’為人類飲食做出那么大貢獻(xiàn)。人類的醫(yī)療健康也離不開我，醫(yī)用生理鹽水就是我的質(zhì)量濃度為0.9%的水溶液。就連工業(yè)上重要的氯堿工業(yè)和生產(chǎn)活潑金屬鈉都是以我為原料，我為化工生產(chǎn)也做出了巨大貢獻(xiàn)。這一年來我兢兢業(yè)業(yè)、任勞任怨，在這么多領(lǐng)域為人類默默奉獻(xiàn)著，憑什么我正兒八經(jīng)的食鹽沒得獎，反而讓這個經(jīng)常冒充我的工業(yè)鹽搶走了？難道這屆評委在評審打分時在看東京奧運(yùn)會的體操比賽嘛！好氣啊！簡直太不公平了，大家都來評評理。”

氯化鈉越說越激動，嗓門也越來越大，吸引了不少路人駐足觀看。

路人甲(職業(yè)不詳，拍了拍氯化鈉的肩膀，語氣略帶安慰地說道)：“食鹽大哥，您消消火。要說這小子確實長得像您，味道像您，可冒充您可真不是它的本意，都是一些不法商販為了牟利喪了良心才干的缺德事。這不，它也是易溶于水、有咸味的白色粉末，但身價可比您低多了，用它冒充您有利可圖呀。還有一些不懂化學(xué)的菜鳥，只知道這小子是防腐劑，卻不知道它有毒，為了延長食品保質(zhì)期，隨意過量添加，這不就容易出事了嘛，把這小子在食品行業(yè)的名聲都給搞臭了。唉，各行各業(yè)沒點化學(xué)知識可真不行，害人害己呀！”

路人乙(一名化工從業(yè)者，在旁邊看了半天熱鬧)：“是呀，這家伙便宜著呢，是硝酸生產(chǎn)中的副產(chǎn)品。工業(yè)上生產(chǎn)硝酸時排出的尾氣中含有大量的一氧化氮和二氧化氮，只需要用純堿(Na2CO3)或燒堿(NaOH)溶液吸收這些尾氣，就能得到它與硝酸鈉的中和液。再經(jīng)過蒸發(fā)、結(jié)晶等操作，利用二者在水中的溶解度不同，分離后就能得到質(zhì)高價廉的成品。唉，誰讓人家是伴隨著解決環(huán)保問題而生的呢，我們只有羨慕眼紅的份啦[1]?！?/p>

氯化鈉(此時依然十分氣憤)：“哼，這個劇毒無恥的廉價冒牌貨！我才不屑與這么low的人為伍呢！”

路人甲：“食鹽大哥，您先冷靜冷靜，保持風(fēng)度呀！有毒和劇毒還是有很大區(qū)別的。這小子雖然有毒，但卻不屬于劇毒化合物。經(jīng)口攝入的有毒物質(zhì)的半數(shù)致死量LD50值的界定值是200 mg·kg?1，劇毒品的經(jīng)口攝入界定值是50 mg·kg?1，而亞硝酸鈉的LD50值只有85 mg·kg?1(這個數(shù)值是針對大鼠經(jīng)口服實驗的)。因此它只是有毒物，卻不屬于劇毒物。不過在食品行業(yè)還是不能輕易放棄對它的警惕，醫(yī)生也說過，人們?nèi)绻淮纬运?.3-0.5 g就會引起中毒，超過3 g時，甚至可能會直接掛掉[2,3]！”

氯化鈉(此時已經(jīng)消氣了許多，語氣漸漸變平和)：“哎呀，原來是這樣啊，那它也是夠毒辣的。它究竟是用啥手段把人毒倒的嘞？”

路人丙(一名從業(yè)十年的化學(xué)老師，忍不住湊上前來說上幾句)：“這個我知道，亞硝酸鈉身體中的氮元素是+3價，處于氮元素的中間價態(tài)，既是一種強(qiáng)氧化劑，也是一種還原劑。一旦它溶于水進(jìn)入人體的血液后，就會將人體血紅蛋白(hemoglobin，Hb)氧化為高鐵血紅蛋白(methemoglobin，metHb)，這個過程中主要的化學(xué)反應(yīng)如下[4]：

人體血紅蛋白主要由亞鐵血紅蛋白組成，它可是大家公認(rèn)的工作效率最高的輸氧機(jī)器。里面的亞鐵離子可以結(jié)合氧氣，是這臺機(jī)器發(fā)揮攜氧功能的重要部件。當(dāng)這個重要部件被亞硝酸根氧化成三價鐵離子后，亞鐵血紅蛋白就會變成高鐵血紅蛋白，從而失去了與氧的結(jié)合-解離能力，這臺機(jī)器不再具有運(yùn)輸氧的功能。如果人體內(nèi)的高鐵血紅蛋白含量超過一定比例時，就會導(dǎo)致組織缺氧而中毒?！?/p>

氯化鈉(皺了皺眉頭，語氣略帶疑惑)：“那人們還把它當(dāng)作食品添加劑放到食品中？毒藥是這么好吃的嗎？這些愚蠢的人類！”

路人丙：“要不說它是多面手呢！它可是一個以一頂多的狠角色。人們把它加入食品中是為了腌制肉食類食品的防腐、著色和抗氧化。它可以與肌肉中的乳酸作用，產(chǎn)生游離的亞硝酸。亞硝酸不穩(wěn)定又分解產(chǎn)生NO，二者都具有強(qiáng)烈的抑菌作用，可以有效地抑制肉毒芽孢桿菌，大大延長肉類食品的保質(zhì)期；同時NO還可以與肌紅蛋白結(jié)合形成對熱穩(wěn)定且色澤鮮紅的亞硝基肌紅蛋白，達(dá)到增色的效果。另外，亞硝酸鈉本身具有的還原性又使它能夠抑制肉制品中的脂肪顆粒的自動氧化過程，減少肉制品脂肪氧化味的產(chǎn)生，保證肉制品的風(fēng)味。亞硝酸鈉雖然有毒性，但卻能同時發(fā)揮這么多功效，人們對它是又愛又恨。目前還沒能找到它的完全替代品，說這么多，好費勁，直接看下面這串反應(yīng)式吧[5]！”

Mb(肌 紅蛋白) + NO → MbNO2(亞 硝基肌紅蛋白，鮮紅色)

路人丙(出于職業(yè)習(xí)慣，開始說教起來)：“食鹽老哥，我知道你沒獲獎心里難受，但我們應(yīng)該用客觀的眼光去看待亞硝酸鈉的貢獻(xiàn)。在我們化學(xué)界，不分劑量只談毒性就是耍流氓嘛。要知道物質(zhì)的毒性可都和其劑量密切相關(guān)，只要在使用時嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)控制它在食品中的添加量，就能夠保證其在發(fā)揮防腐、增色、增鮮作用的同時保證食品安全。另外，人體本身有完善的代謝系統(tǒng)，即使亞硝酸鈉通過食物被人們攝入體內(nèi)，其中的一部分仍可以通過肝臟代謝并隨尿排出。所以不要對它有太大的偏見，我覺得它得這個獎還是實至名歸的?！?/p>

氯化鈉(似乎有所頓悟)：“哦，但好像聽說致癌有它一號？”

路人丙：“誤會呀。外面都傳言亞硝酸鈉是致癌物質(zhì)，但事實上它并不是致癌物質(zhì)，致癌的是亞硝胺，它就是當(dāng)了背鍋俠，只因名字太相近，就無辜躺槍啦。其實它本質(zhì)上還……”

路人乙(有些不認(rèn)可路人丙剛才的發(fā)言，直接開口打斷)：“這家伙就真地?zé)o辜嘛？大家要注意了，事情并不是那么簡單。仲胺與亞硝酸在低溫下能夠反應(yīng)生成N-亞硝基胺，即亞硝胺，就是你說的這種被公認(rèn)為具有強(qiáng)致癌性的物質(zhì)。請看下面這個反應(yīng)：

在酸性條件下，亞硝酸鈉能助紂為虐地將仲胺轉(zhuǎn)變成致癌的亞硝胺。在人體攝入過量或者缺乏維生素C等情況下，它會在胃里的酸性環(huán)境下跟蛋白質(zhì)中的胺反應(yīng)生成亞硝胺[2]。因此大家在日常飲食中要注意切勿過量攝入亞硝酸鈉，平時要少吃含有亞硝酸鈉的腌肉等食物?！?/p>

路人丙(頻頻點頭)：“說的對！少吃為佳?！?/p>

氯化鈉(語氣里仍有一絲不甘)：“民以食為天，它不過是一種食品添加劑罷了，我可是‘百味之王’，獲得多面手的榮譽(yù)是不是太抬舉它了？難道它在其他行業(yè)也有什么重大貢獻(xiàn)？”

(似乎是問到了這位化工從業(yè)者的最擅長的職業(yè)領(lǐng)域，路人乙開始滔滔不絕地給在場的幾個人科普起來。)

路人乙：“還真是讓你問對了！這家伙不僅在食品行業(yè)擁有一席之地，還是有機(jī)合成工業(yè)中重要的亞硝化反應(yīng)試劑。它可以參與亞硝化反應(yīng)，向有機(jī)物分子中的碳或氮原子上引入亞硝基(-NO)用于制備亞硝基化合物。亞硝基化合物一向以多面而聞名，可進(jìn)行還原、氧化、縮合、加成等反應(yīng)，是制備各類中間體的重要原料。咱們都知道亞硝化反應(yīng)中起亞硝化作用的是由亞硝酸產(chǎn)生的亞硝酰正離子NO+。但在實際反應(yīng)中大多使用它和鹽酸作為亞硝化試劑，這是因為亞硝酸不穩(wěn)定，典型的反應(yīng)如下所示：

上面我剛說過的生成亞硝胺的反應(yīng)也屬于亞硝化反應(yīng)。”

路人乙(擺出一副資深專家范兒)：“另外不知食鹽兄可否聽說過重氮化反應(yīng)，就是一級胺與亞硝酸在低溫下作用生成重氮鹽(dizaonium salt)的那個反應(yīng)。亞硝酸鈉還是個重要的重氮化試劑呢，有機(jī)合成中一般使用亞硝酸鈉與過量的無機(jī)酸用以提供亞硝酸。值得一提的是，脂肪族重氮鹽很不穩(wěn)定，能迅速自發(fā)分解；但芳香族重氮鹽較為穩(wěn)定，看下面這個反應(yīng)通式?！?/p>

路人乙：“重氮鹽在人們眼中可是個珍寶，它的活性高，可以進(jìn)行多種反應(yīng)，常被用于制備各種有機(jī)化合物，特別是偶氮染料。愛屋及烏嘛！因此亞硝酸鈉被廣泛用于染料和有機(jī)合成工業(yè)，身價地位自然就水漲船高啦?！?/p>

路人甲：“這個我也有了解。就是基于你說的這種重氮化反應(yīng)，這小子還被用于藥物分析和醫(yī)學(xué)檢測中。亞硝酸鈉滴定法是藥物分析中的經(jīng)典方法，用來分析醫(yī)藥或農(nóng)藥中的芳伯氨基化合物的含量[6,7]；利用亞硝酸鈉作為檢測試劑的重氮法，還是肝功能試驗中測定血清膽紅素的重要方法之一呢[8]?！?/p>

路人乙(提高語氣)：“我再補(bǔ)充一下，亞硝酸鈉還是一種陽極型緩蝕劑，在機(jī)械行業(yè)也有不小的用途！亞硝酸鈉在金屬表面與金屬反應(yīng)使金屬表面形成一層致密的氧化膜，這層保護(hù)罩阻礙了內(nèi)層金屬離子化，抑制了電化學(xué)陽極反應(yīng)，從而減緩了金屬的電化學(xué)腐蝕，因此被廣泛用于機(jī)械行業(yè)防止多種金屬的腐蝕。不過菜鳥新手們在使用它時可要注意了，如果用量不足導(dǎo)致濃度太低，它不但不能起到緩蝕作用，反而會使金屬加速腐蝕[9]。所以從這個角度來說，亞硝酸鈉是亦正亦邪呀?！?/p>

賣報小哥：“是呀，是呀，大家都來看看報紙上化工產(chǎn)品協(xié)會給它的頒獎詞，上面的這些用途都提到了，還給它配了一張海報呢(圖1)。除了這些，評委們還夸它能被用作織物的媒染劑、漂白劑，橡膠助劑，金屬的熱處理劑，混凝土的防凍劑，制備其他亞硝酸鹽等，是一種用途廣泛的基礎(chǔ)無機(jī)化工中間體[10]?！?/p>

圖1 亦正亦邪的多面手——亞硝酸鈉

氯化鈉(恍然大悟)：“哦哦，看來我這小老弟當(dāng)選為多面手還真是當(dāng)之無愧呀！今天我請客，咱們必須找它喝上一杯慶祝慶祝?！?/p>

賣報小哥、路人甲、乙、丙：“走，走，一起去，慶祝慶祝，咱們一起喝一杯！”