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| 名前 | |
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| IUPAC名
亜酸化窒素[1] (非推奨)
二酸化窒素[2] (別名) | |
| 体系的なIUPAC名
オキソジアゼン-2-イウム-1-イデ | |
その他の名前
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| 8137358 | |
| チェビ |
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| チェムBL |
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| ケムスパイダー |
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| ドラッグバンク |
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| ECHA 情報カード | 100.030.017 |
| E番号 | E942 （艶出し剤、…） |
| 2153410 | |
| ケッグ |
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パブケム CID
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| RTECS番号 |
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| ユニ |
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| 国連番号 | 1070（圧縮） 2201（液体） |
CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| いいえ 2お | |
| モル質量 | 44.013グラム/モル |
| 外観 | 無色のガス |
| 密度 | 1.977 g/L（ガス） |
| 融点 | −90.86 °C (−131.55 °F; 182.29 K) |
| 沸点 | −88.48 °C (−127.26 °F; 184.67 K) |
| 1.5 g/L (15 °C) | |
| 溶解度 | アルコール、エーテル、硫酸に溶ける |
| ログP | 0.35 |
| 蒸気圧 | 5150kPa（20℃） |
磁化率（χ）
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−18.9·10 −6 cm 3 /モル |
屈折率( n D )
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1.000516 (0 °C、101.325 kPa) |
| 粘度 | 14.90μPa·s [3] |
| 構造 | |
| 線形、 C∞v | |
| 0.166デイ | |
| 熱化学 | |
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
219.96 J/(K·モル) |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
+82.05 kJ/モル |
| 薬理学 | |
| N01AX13 ( WHO ) | |
| 吸入 | |
| 薬物動態: | |
| 0.004% | |
| 5分 | |
| 呼吸器 | |
| 危険 | |
| GHSラベル: | |
 
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| 危険 | |
| H270、H280、H281 | |
| P220、P244、P282、P317、P336、P370+P376、P403、P410+P403 | |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
| 引火点 | 不燃性 |
| 安全データシート（SDS） | Ilo.org、ICSC 0067 |
| 関連化合物 | |
| 一酸化窒素 三酸化二窒素 二酸化窒素 四酸化二窒素 五酸化二窒素 | |
関連化合物
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硝酸アンモニウム アジド |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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亜酸化窒素（二酸化窒素または一酸化二窒素）は、笑気ガス、亜酸化窒素、人工空気などとしてよく知られており、[4]化学式Nの窒素酸化物である化合物です。
2常温では無色の不燃性 ガスで、わずかに甘い香りと味がします。 [4]高温では、亜酸化窒素は分子状酸素に似た強力な酸化剤です。 [4]
亜酸化窒素は麻酔作用や鎮痛作用があるため、特に外科や歯科で重要な医療用途があり、[5]世界保健機関の必須医薬品リストに掲載されています。[6]ハンフリー・デービーが作った「笑気ガス」という俗称は、吸入すると多幸感を覚えることから、一時的な「ハイ」状態を引き起こす娯楽用薬物として使用されています。[5]慢性的に乱用すると、ビタミン B 12が不活性化して神経系に損傷を与える可能性があります。 また、ロケットの推進剤やモーターレースの燃料の酸化剤として、またホイップクリームの泡立てガスとしても使用されています。
亜酸化窒素も大気汚染物質であり、濃度は 2020年には333ppbで、毎年1ppb増加しています。[7] [8]成層圏オゾン層の主要な除去物質であり、その影響はCFCに匹敵します。[9]人為的な排出量の約40％は農業によるもので、[10] [11]窒素肥料が土壌微生物によって亜酸化窒素に分解されるためです。[12] 3番目に重要な温室効果ガスである亜酸化窒素は、地球温暖化に大きく貢献しています。[13] [14]排出量の削減は、気候変動政策における重要な目標です。[15]
用途
ロケットモーター
亜酸化窒素はロケットエンジンの酸化剤として使用されることがある。他の酸化剤に比べて毒性が低く、室温で安定しているため、保管しやすく、飛行中に持ち運ぶのも安全である。亜酸化窒素は密度が高く、貯蔵圧力が低いため（低温で維持する場合）、高圧貯蔵ガスシステムと非常に競争力がある。[16]さらに、分解して呼吸用の空気を形成することもできる。
1914年の特許で、アメリカのロケットの先駆者であるロバート・ゴダードは、液体燃料ロケットの推進剤として亜酸化窒素とガソリンを提案した。[17]亜酸化窒素は、いくつかのハイブリッドロケット設計（固体燃料と液体または気体の酸化剤を使用）で好まれる酸化剤である。亜酸化窒素とヒドロキシル末端ポリブタジエン燃料の組み合わせは、スペースシップワンなどで使用されている。また、さまざまなプラスチックを燃料として 、アマチュアや高出力ロケットでもよく使用されている。
亜酸化窒素はモノプロペラントとしても使用される。1,070 °F（577°C）の温度で加熱された触媒の存在下で、 N
2Oは発熱的に無害な窒素と酸素に分解する。[18]発熱量が大きいため、熱による自己分解が優勢になり、触媒作用は急速に二次的なものになる。真空スラスタでは、これによりモノプロペラント比推力（I sp ）が最大180 sになる可能性がある。ヒドラジンスラスタ（モノプロペラント、または四酸化二窒素を含むバイプロペラント）から得られるI spよりも著しく低いが、毒性が低いため亜酸化窒素は価値のある選択肢となる。
亜酸化窒素の着火は圧力に大きく依存する。亜酸化窒素は309psi（21気圧）の圧力で約600℃（1,112℉）で爆発する。 [19] 600psiでは 必要な着火エネルギーはわずか6ジュールであるが、130psiでは2,500ジュールの着火エネルギー入力では不十分である。[20] [21]
内燃機関
自動車レースでは、亜酸化窒素（「ナイトロ」と呼ばれることが多い）は燃焼中に酸素を多く供給することでエンジン出力を高め、エンジンがより多くの燃料を燃焼できるようにします。亜酸化窒素は過酸化水素とほぼ同等の酸化剤であり、分子状酸素よりもはるかに強力です。亜酸化窒素は低圧/低温度では可燃性ではありませんが、約 570 度 F（300 度 C）で分解すると、大気中の空気よりも多くの酸素が供給されます。亜酸化窒素は、より容易に爆燃する別の燃料と混合されることがよくあります。
亜酸化窒素は圧縮液体として貯蔵されます。エンジンの吸気マニホールドでは、液体の蒸発と膨張により吸気温度が大幅に低下し、その結果、充填密度が高まり、より多くの空気/燃料混合物がシリンダーに入るようになります。亜酸化窒素は吸気マニホールド内（またはその前）に噴射される場合もあれば、シリンダーの直前に直接噴射するシステムもあります（直接ポート噴射）。
この技術は、第二次世界大戦中にドイツ空軍の航空機で航空機エンジンの出力を増強するためにGM-1システムによって使用されました。元々はドイツ空軍の標準航空機に優れた高高度性能を提供することを目的としていましたが、技術的な考慮により、その使用は極めて高い高度に制限されました。したがって、高高度偵察機、高速爆撃機、高高度迎撃機などの特殊な飛行機でのみ使用されました。ドイツ空軍の航空機には、メタノールをブースト機能に使用する航空エンジン用の水噴射の一種であるMW 50という別のエンジンブーストシステムも装備されていることがありました。
往復エンジンにおける亜酸化窒素酸化剤の主な問題の一つは、過剰なパワーである。エンジンの機械構造が適切に補強されていない場合、深刻な損傷や破壊が生じる可能性がある。ガソリンエンジンの亜酸化窒素増強では、過早点火（デトネーションまたはノックとも呼ばれる）を防ぐために、適切かつ均等に分散した動作温度と燃料レベルを維持することが重要である。 [22]しかし、亜酸化窒素に関連するほとんどの問題は、過剰なパワーではなく、過剰な圧力から生じている。これは、ガスがシリンダー内で非常に高密度の電荷を蓄積するためである。圧力と温度の上昇により、ピストン、バルブ、シリンダーヘッドが溶けたり、割れたり、歪んだりする可能性がある。
自動車グレードの液体亜酸化窒素は医療グレードと若干異なります。少量の二酸化硫黄（SO
2）が薬物乱用防止のために添加されている。[23]
食品用エアゾール噴射剤
2ホイップ クリームチャージャー
このガスは食品添加物（E番号：E942）として、特にエアゾールスプレーの噴射剤としての使用が承認されています。エアゾールホイップクリーム缶や調理用スプレーによく使用されます。
このガスは脂肪化合物に非常に溶けやすい。加圧エアゾールホイップクリームでは、ガスは缶から出るまで脂肪クリームに溶けており、ガス状になって泡を作る。これにより、液体の 4 倍の量のホイップクリームが作られるが、クリームに空気を混ぜても 2 倍の量しか作られない。空気と異なり、亜酸化窒素はバター脂肪の酸化を防ぐ。二酸化炭素は水中で酸性になるため、ホイップクリームには使用できない。二酸化炭素はクリームを凝固させ、炭酸水のような「泡立ち」を与える。
亜酸化窒素で作られた泡立てたホイップクリームは不安定で、30分から1時間以内に液体に戻ります。[24]そのため、すぐに提供されない食品のデコレーションには適していません。
2016年12月、アメリカではクリスマスとホリデーシーズンに缶入りホイップクリームの使用がピークを迎えていたにもかかわらず、エア・リキード社のフロリダ州にある亜酸化窒素施設で8月下旬に爆発事故が起きたため、エアゾールホイップクリームが不足した。同社は、残った亜酸化窒素の供給を食品製造よりも医療関係の顧客に優先させた。[25]
また、レシチン 乳化剤を含むさまざまなオイルから作られたクッキングスプレーには、亜酸化窒素噴射剤、または代わりに食品グレードのアルコールやプロパンが使用される場合があります。
医学
2歯科で使用されるOタンク
亜酸化窒素は1844年以来、麻酔薬や鎮痛剤として歯科や外科で使用されてきました。[26]初期には、このガスはゴム布でできた呼吸袋で構成された簡単な吸入器で投与されていました。[27]今日、このガスは病院で、麻酔気化器と医療用人工呼吸器を備えた自動相対的鎮痛装置によって投与されており、正確に投与され、呼吸によって作動する亜酸化窒素の流れを酸素と2:1の比率で供給します。
亜酸化窒素は弱い全身麻酔薬であるため、一般的には全身麻酔に単独で使用されることはなく、セボフルランやデスフルランなどのより強力な全身麻酔薬のキャリアガス（酸素と混合）として使用されます。亜酸化窒素の最小肺胞濃度は105%、血液/ガス分配係数は0.46です。麻酔に亜酸化窒素を使用すると、術後の吐き気や嘔吐のリスクが増加する可能性があります。[28] [29] [30]
歯科医はNだけを注入するよりシンプルな機械を使用する。
2O / O
2患者が意識のある間に吸入する混合物は、常に最低30％の酸素と最大70％の亜酸化窒素を含む、承認された目的に設計された専用の鎮痛流量計でなければなりません。患者は処置中ずっと意識を保っており、歯科医からの質問や指示に応答するのに十分な精神能力を保持しています。[31]
亜酸化窒素の吸入は、出産、外傷、口腔外科手術、急性冠症候群（心臓発作を含む）に伴う痛みを和らげるために頻繁に使用されています。分娩中の使用は、出産する女性にとって安全で効果的な補助であることが示されています。 [32]急性冠症候群に対する使用のメリットは不明です。[33]
カナダと英国では、エントノックスとニトロノックスは、即効性があり非常に効果的な鎮痛ガスとして、救急隊員（未登録の医療従事者を含む）によって一般的に使用されています。
50％亜酸化窒素は鎮痛剤として比較的容易かつ安全に投与できるため、救急隊員以外の訓練を受けた人が病院前環境で使用することも検討できる。その効果は急速に回復するため、診断を妨げることもない。[34]
レクリエーション
多幸感と軽い幻覚を誘発する目的での亜酸化窒素の娯楽的吸入は、1799年にイギリスの上流階級の間で「笑気ガスパーティー」として知られる集まりで始まった。[35]
19世紀以降、医療や料理の目的でこのガスが広く入手できるようになり、娯楽目的での使用が世界的に大きく拡大しました。2014年の時点で、英国ではナイトスポット、フェスティバル、パーティーで約50万人の若者が亜酸化窒素を使用していると推定されています。[36]
2017年のViceドキュメンタリー「笑気ガスの闇市場の内側」では、英国全土でこの薬物が娯楽目的で広く使用されていることが取り上げられており、ジャーナリストのマット・シーアが病院からこの薬物を盗んだ売人たちと面会した。[37]
ロンドンの報道で取り上げられている重要な問題は、亜酸化窒素ボンベのポイ捨ての影響であり、これは非常に目立つため、地域社会から大きな苦情を引き起こしている。[38]
2023年11月8日以前の英国では、亜酸化窒素は2016年向精神物質法の対象となっており、娯楽目的での亜酸化窒素の製造、供給、輸入、輸出は違法とされていた。改正法では亜酸化窒素の所持が禁止され、1971年薬物乱用法に基づくクラスC薬物に分類された。[39]
亜酸化窒素はほとんどの娯楽使用者に「安全なハイ」を与えると理解されているが、過剰摂取は神経学的損傷を引き起こす可能性があり、治療せずに放置すると永久的な神経損傷を引き起こす可能性があることに気付いていない人が多い。 [40]オーストラリアでは、神経毒性と救急室への入院の報告が増加したため、娯楽目的での使用は公衆衛生上の懸念事項となった。南オーストラリア州では、2020年に缶の販売を制限する法律が可決された。[41]
2024年、亜酸化窒素は「ギャラクシーガス」というストリートネームで、娯楽目的で若者の間で爆発的に人気を博しました。その人気のほとんどはTikTokを通じて育まれました。[42]
安全性
亜酸化窒素は外科医、歯科医、看護師にとって重大な職業上の危険です。このガスは人体でほとんど代謝されないため（0.004%）、患者が室内に吐き出すと効力を保持し、換気が不十分な場合はクリニックのスタッフが中毒になり、慢性的な曝露の可能性があります。連続流新鮮空気換気システムまたはN
2 廃ガスの蓄積を防ぐためにO除去システムが必要になる場合があります。 [要出典]
国立労働安全衛生研究所は、医療、歯科、獣医の作業員が麻酔ガスを投与する際に、作業員の亜酸化窒素への曝露を制御することを推奨している。[43]漏出した麻酔薬に対する推奨曝露限界（REL）は25 ppm（46 mg/m 3 ）と設定されている。[44]
精神および手足の障害
亜酸化窒素にさらされると、認知能力、視聴覚能力、手先の器用さが短期的に低下し、空間的・時間的な見当識障害も引き起こし[45] 、使用者は偶発的な傷害を受けるリスクがある。[46]
神経毒性と神経保護
亜酸化窒素は神経毒性があり、中期または長期にわたって大量に習慣的に摂取すると神経学的損傷を引き起こし、治療せずに放置すると永久的な損傷の可能性があります。[41] [40]
他のNMDA受容体拮抗薬と同様に、N
2O は、げっ歯類に長時間（数時間）さらされるとオルニー病変を引き起こす。 [47] [48] [49] [50]
しかし、通常は急速に体外に排出されるため、他の NMDAR 拮抗薬よりも神経毒性は低いと考えられる。[51]げっ歯類では、短期間の暴露では軽度の損傷しか生じず、すぐに回復し、神経細胞死は一定かつ持続的な暴露の後にのみ起こる。[47]亜酸化窒素も、低酸素症のために長時間暴露すると神経毒性を引き起こす可能性がある。これは、酸素ガスを含まないホイップクリーム チャージャー（「ホイップピット」または「ナング」）[52]などの非医療用製剤に特に当てはまる。[53]
中毒管理センターへの報告によると、ヘビーユーザー（ 1回の摂取で400g以上または200L以上のN2Oガス）または頻繁なユーザー（毎日または毎週定期的に）は、末梢神経障害の兆候、すなわち運動失調（歩行異常）または知覚異常（主に四肢のチクチク感、しびれ、刺すような感覚の知覚）を発症した。このような神経学的損傷の初期兆候は慢性毒性を示している。[54]
亜酸化窒素は脳卒中の治療に使用できる可能性がある。齧歯類モデルでは、75％の亜酸化窒素が中大脳動脈の閉塞によって引き起こされる虚血誘発性神経細胞死を減少させ、興奮毒性の原因となる神経細胞培養におけるNMDA誘発性Ca 2+流入を減少させた。[51]
DNA損傷
大気中の亜酸化窒素への職業上の曝露は、DNA合成の中断によるDNA損傷と関連している。[55]この相関関係は用量依存的であり[56] [57]、気軽な娯楽目的の使用には及ばないと思われるが、損傷を引き起こすのに必要な曝露レベルを確認するにはさらなる研究が必要である。
酸素欠乏
純粋な亜酸化窒素を吸入すると酸素不足になり、低血圧、失神、さらには心臓発作を引き起こす。これは、ガスボンベやその他の吸入システムに接続されたストラップ式マスクを使用して大量に連続して吸入した場合や、長時間の息止めを行った場合に発生する可能性がある。[引用が必要]
ビタミンB12欠乏
亜酸化窒素に長期にわたってさらされると、ビタミンB12欠乏症を引き起こす可能性があります。使用者がすでにビタミンB12欠乏症を患っている場合、重篤な神経毒性を引き起こす可能性があります。[ 58 ]亜酸化窒素は、コバラミン型のビタミンB12を酸化によって不活性化します。亜臨床的ビタミンB12欠乏症の人が亜酸化窒素麻酔にさらされてから数日または数週間以内に、感覚神経障害、脊髄症、脳症などのビタミンB12欠乏症の症状が現れることがあります。
症状は高用量のビタミンB12で治療されますが、回復は遅く不完全な場合があります。[59]
ビタミンB12の濃度が正常な人は、繰り返して長期間曝露されない限り（亜酸化窒素の乱用）、亜酸化窒素の影響をほとんど受けないようにする蓄えを持っています。亜酸化窒素麻酔を使用する前に、ビタミンB12欠乏のリスク要因がある人は、ビタミンB12の濃度をチェックする必要があります。 [ 60]
胎児の発育
ラットを対象としたいくつかの実験的研究では、妊娠した雌が亜酸化窒素に慢性的に曝露されると胎児の発育に悪影響を与える可能性があることが示唆されている。[61] [62] [63]
化学的/物理的リスク
室温（20℃[68℉]）での飽和蒸気圧は50.525バールで、臨界温度である36.4℃（97.5℉）で72.45バールまで上昇する。したがって、圧力曲線は温度に対して異常に敏感である。[64]
多くの強力な酸化剤と同様に、燃料による部品の汚染はロケット事故に関係していると考えられており、少量の亜酸化窒素/燃料混合物が「ウォーターハンマー」のような効果（「ディーゼル化」と呼ばれることもある。ガスの断熱圧縮による加熱が分解温度に達することがある）により爆発する。[65]ステンレス鋼やアルミニウムなどの一般的な建築材料は亜酸化窒素などの強力な酸化剤の燃料として機能する可能性があり、断熱圧縮により発火する可能性のある汚染物質も同様である。[66]
配管内で亜酸化窒素が分解して大型タンクが爆発する事故もあった。[19]
作用機序
吸入窒素の薬理学的作用機序
2Oは完全にはわかっていない。しかし、広範囲のリガンド依存性イオンチャネルを直接調節することが示されており、これが主要な役割を果たしている可能性が高い。NMDARおよびβ2サブユニット含有nAChチャネルを中程度に遮断し、AMPA、カイニン酸、GABA Cおよび5-HT 3受容体を弱く阻害し、 GABA Aおよびグリシン受容体をわずかに増強する。[ 67 ] [ 68 ]また、 2つの孔ドメインKを活性化することも示されている。+
チャンネル[ 69 ] N
2Oはいくつかのイオンチャネルに作用するが、その麻酔作用、幻覚作用、陶酔作用は主にNMDA受容体を介した電流の阻害によって引き起こされると考えられる。[67] [70]イオンチャネルに対する作用に加えて、N
2Oは中枢神経系で一酸化窒素（NO）と同様の作用をする可能性があります。 [70]亜酸化窒素は窒素よりも30～40倍溶解性が高いです。
亜酸化窒素の麻酔下用量の吸入の効果は、状況や個人差によって予測できないほど変化する可能性がある。 [71] [72]しかし、ジェイ（2008）[46]は、亜酸化窒素が以下の状態や感覚を確実に誘発することを示唆している。
- 酩酊
- 幸福感/不快感
- 空間識失調
- 時間的見当識障害
- 痛みに対する感受性の低下
少数の使用者には、制御不能な発声や筋肉のけいれんも起こる。これらの症状は通常、亜酸化窒素源を取り除いてから数分後には消える。[46]
抗不安作用
不安行動テストでは、低用量のN
2Oは効果的な抗不安薬である。この抗不安効果はGABA A受容体の活性の増強と関連しており、ベンゾジアゼピン受容体 拮抗薬によって部分的に逆転する。これを反映して、ベンゾジアゼピンの抗不安効果に対する耐性を発達させた動物は、 Nに対して部分的に耐性がある。
2O . [73]実際、30％のNを投与されたヒトでは、
2O 、ベンゾジアゼピン受容体拮抗薬は「ハイ」な気分という主観的な報告を減少させたが、精神運動能力には変化を与えなかった。[74] [75]
鎮痛効果
Nの鎮痛効果
2Oは、内因性オピオイド系と下行性ノルアドレナリン系との相互作用に関連している。動物にモルヒネを慢性的に投与すると、鎮痛効果に対する耐性が生じ、これにより動物はNの鎮痛効果にも耐性を持つようになる。
2O . [76]内因性オピオイド（ β-エンドルフィンではない）に結合してその活性を阻害する抗体の投与もNの鎮痛効果を阻害する。
2O . [77]内因性オピオイドの分解を阻害する薬剤もNの鎮痛効果を増強する。
2O . [77]いくつかの実験では、脳に直接投与されたオピオイド受容体拮抗薬がNの鎮痛効果を阻害することが示されている。
2しかし、これらの薬剤は脊髄に注射しても効果がありません。
間接的な作用とは別に、亜酸化窒素はモルヒネ[78]と同様に、オピオイド受容体結合部位に結合することで内因性オピオイドシステムと直接相互作用します。[79] [80]
逆に、α2アドレナリン受容体拮抗薬はNの鎮痛効果を阻害する。
2Oは脊髄に直接投与すると鎮痛効果を発揮するが、脳に直接投与するとそうではない。[ 81]実際、α2Bアドレナリン受容体ノックアウトマウスやノルエピネフリンが枯渇した動物は、 Nの鎮痛効果にほぼ完全に抵抗性を示す。
2O . [82]どうやらN
2Oによる内因性オピオイドの放出は脳幹ノルアドレナリンニューロンの脱抑制を引き起こし、脊髄にノルエピネフリンを放出して疼痛シグナル伝達を阻害する。[ 83] N
2O が内因性オピオイドペプチドの放出を引き起こすかどうかは不明です。
化学的性質と反応
亜酸化窒素は、かすかに甘い香りを持つ無色のガスです。
亜酸化窒素は、双極結合酸素ラジカルを放出することで燃焼を促進し、赤熱した火片を再点火することができます。
いいえ
2Oは室温では不活性であり、反応性もほとんどありません。温度が上昇すると、反応性が高まります。例えば、亜酸化窒素はNaNHと反応します。
2187℃（369℉）でNaNとなる
3:
- 2 NaNH 2 + N 2 O → NaN 3 + NaOH + NH 3
上記の反応は、起爆剤として使用されるアジ化物塩を製造するために商業化学産業で採用されている経路である。 [84]
歴史
このガスは1772年にイギリスの自然哲学者で化学者のジョセフ・プリーストリーによって初めて合成され、彼はこれを脱燃性亜酸化窒素空気（フロギストン説を参照）[85]または可燃性亜酸化窒素空気と呼んだ。[86]プリーストリーは、この発見を「さまざまな種類の空気に関する実験と観察」（1775年）という本で発表し、その中で、硝酸で湿らせた鉄粉を加熱して「亜酸化窒素空気の減少」の調製法について説明した。[87]
初期の使用
亜酸化窒素の最初の重要な用途は、トーマス・ベドーズとジェームズ・ワットによって可能になった。彼らは共同で「人工空気の医療的使用と製造に関する考察」（1794年）という本を出版した。この本が重要だった理由は2つある。第一に、ジェームズ・ワットは「人工空気」（亜酸化窒素を含む）を製造する新しい機械と、そのガスを吸入する新しい「呼吸装置」を発明した。第二に、この本はトーマス・ベドーズによる新しい医学理論も提示した。結核やその他の肺疾患は「人工空気」の吸入によって治療できるというものである。[26]
「人工空気」を製造する機械は、必要な材料を燃焼させる炉、発生したガスがらせん状のパイプを通って流れる水の入った容器（不純物を「洗い流す」ため）、そして最後に、発生したガス「空気」をポータブル空気袋（気密性のある油性絹でできた）に取り込むことができるガスメーター付きのガスシリンダーの 3 つの部分から構成されていました。呼吸装置は、ポータブル空気袋の 1 つをチューブでマウスピースに接続したもので構成されていました。この新しい装置が 1794 年までに設計、製造されたことで、臨床試験への道が開かれました[要説明] 。臨床試験は、トーマス ベドーズがホットウェルズ(ブリストル)に「医療空気による疾患緩和のための空気圧研究所」を設立した 1798 年に始まりました。建物の地下室では、患者が吸入する新しいガスの実験を奨励されていた若きハンフリー デイビーの監督の下、大規模な機械がガスを製造していました。[26]デイビーの最初の重要な仕事は亜酸化窒素の研究であり、その結果は「化学と哲学の研究（1800年） 」という本に発表された。その出版物の中で、デイビーは465ページで亜酸化窒素の鎮痛効果について、また556ページで外科手術に使用できる可能性について述べている。[88]デイビーは亜酸化窒素を「笑気ガス」と名付けた。[89]
デイビーは亜酸化窒素の吸入が意識のある人の痛みを和らげることを発見したが、医師がそれを麻酔に使用しようとするまでには、さらに44年が経過した。主に英国上流階級向けに企画された「笑気ガスパーティー」での娯楽用薬物としての亜酸化窒素の使用は、1799年からすぐに成功を収めた。このガスの効果により、使用者は一般に昏迷し、夢見心地で鎮静状態になるが、中には多幸感に浸って「くすくす笑い」、頻繁に笑い出す人もいる。[90]
アメリカで最初に商業的にガスを生産した人の一人は、詩人エドガー・アラン・ポーの従兄弟であるジョージ・ポーであり、彼はガスを液化した最初の人物でもあった。[91]
麻酔薬の使用
亜酸化窒素が麻酔薬として患者の治療に初めて使用されたのは、歯科医のホレス・ウェルズがガードナー・クインシー・コルトンとジョン・マンキー・リッグスの協力を得て、 1844年12月11日に抜歯の痛みに無感覚であることを実証したときであった。 [92]その後数週間で、ウェルズはコネチカット州ハートフォードで最初の12～15人の患者を亜酸化窒素で治療したが、彼自身の記録によると、失敗したのは2例だけだった。[93]ウェルズが1844年12月にボストンの医学会にこれらの説得力のある結果を報告したにもかかわらず、この新しい方法は他の歯科医にすぐには採用されなかった。その理由は、ウェルズが1845年1月にボストンの医学部で初めて公開デモンストレーションを行ったときに部分的に失敗し、同僚がその有効性と安全性について疑念を残したためである可能性が高い。[94]この方法が一般に普及したのは1863年、ガードナー・クインシー・コルトンがニューヘイブンとニューヨーク市に設立したばかりの「コルトン歯科協会」の診療所すべてでこの方法が成功裏に使用され始めたときでした。[26]その後3年間で、コルトンと彼の仲間は25,000人以上の患者に亜酸化窒素を投与することに成功しました。[27]今日、亜酸化窒素は歯科で抗不安薬として、また局所麻酔の補助として使用されています。
しかし、亜酸化窒素は病院での大手術に使用するには十分な麻酔力がないことが判明した。代わりに、より強力で効力のある麻酔薬であるジエチルエーテルが1846年10月に実証され、 1847年にはクロロホルムとともに使用が認められた。[26]しかし、ジョセフ・トーマス・クローバーが1876年に「ガスエーテル吸入器」を発明すると、病院ではすべての麻酔治療を亜酸化窒素の弱い流量で開始し、その後、より強力なエーテルまたはクロロホルムで徐々に麻酔を強めるのがよく行われるようになった。クローバーのガスエーテル吸入器は、患者に亜酸化窒素とエーテルを同時に供給するように設計されており、正確な混合比は装置の操作者が制御した。この吸入器は1930年代まで多くの病院で使用され続けた。[27]今日の病院ではより高度な麻酔機器が使用されていますが、これらの機器は、より強力な麻酔薬を投与する前に亜酸化窒素で麻酔を開始するという、クローバーのガスエーテル吸入器で導入されたのと同じ原理を使用しています。
特許医薬品として
コルトンが亜酸化窒素を普及させたことで、評判の良くない数人のインチキ医者が亜酸化窒素を採用するようになり、彼らは亜酸化窒素を結核、瘡蓋炎、カタル、その他の血液、喉、肺の病気の治療薬として宣伝した。亜酸化窒素治療はボストンのCLブラッドやジェローム・ハリス、シカゴのチャールズ・E・バーニーらによって実施され、特許医薬品として認可された。[95] [96]
生産
亜酸化窒素を製造するには様々な方法が用いられている。[97]
工業的方法
亜酸化窒素は、硝酸アンモニウム[97]を約250℃で慎重に加熱することによって工業規模で製造され、亜酸化窒素と水蒸気に分解されます[98] 。
- NH 4 NO 3 → 2 H 2 O + N 2 O
様々なリン酸塩を添加すると、わずかに低い温度でより純粋なガスの形成が促進されます。この反応は制御が難しく、爆発を引き起こす可能性があります。[99]
実験方法
硝酸アンモニウムの分解も、ガスを製造するための一般的な実験室的方法である。同様に、硝酸ナトリウムと硫酸アンモニウムの混合物を加熱することによっても得られる。[100]
- 2 NaNO 3 + (NH 4 ) 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2 N 2 O + 4 H 2 O
もう一つの方法は、尿素、硝酸、硫酸の反応である。[101]
- 2 (NH 2 ) 2 CO + 2 HNO 3 + H 2 SO 4 → 2 N 2 O + 2 CO 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 + 2 H 2 O
二酸化マンガン-酸化ビスマス触媒によるアンモニアの直接酸化が報告されている：[102]オストワルド法を参照。
- 2 NH 3 + 2 O 2 → N 2 O + 3 H 2 O
塩化ヒドロキシルアンモニウムは亜硝酸ナトリウムと反応して亜酸化窒素を生成します。亜硝酸塩をヒドロキシルアミン溶液に加えると、副産物として塩水だけが残ります。しかし、ヒドロキシルアミン溶液を亜硝酸塩溶液に加えると（亜硝酸塩が過剰）、有毒な高濃度窒素酸化物も生成されます。
- NH 3 OHCl + NaNO 2 → N 2 O + NaCl + 2 H 2 O
HNOの治療
3SnClを含む
2HCl も実証されています:
- 2 HNO 3 + 8 HCl + 4 SnCl 2 → 5 H 2 O + 4 SnCl 4 + N 2 O
次亜硝酸は、pH1～3、25℃で半減期16日でN2Oと水に分解する。 [103]
- H 2 N 2 O 2 → H 2 O + N 2 O
大気中の現象
亜酸化窒素は地球の大気の微量成分であり、惑星窒素循環の活発な部分です。世界中の場所から収集された空気サンプルの分析に基づくと、その濃度は2017年に330ppbを超えました 。 [7]年間約1ppbの増加率も、ここ数十年で加速しています。[8] 亜酸化窒素の大気中の豊富さは、1750年の約270ppbのベースレベルから20％以上増加しています。[105] N
の重要な大気特性
2O は次の表にまとめられています。
2022年にIPCCは次のように報告した。「合成肥料や堆肥の使用による自然窒素循環への人為的撹乱、および陸上農業や化石燃料の燃焼による窒素沈着が、1980年から2019年の間に大気中のN2Oが31.0±0.5ppb（10%）増加した最大の要因となっている。」[108]
排出源別排出量
1700万トン（1220万～2350万トン）の年間平均窒素
2Oは2007年から2016年にかけて排出された。[108] Nの約40%
2Oの排出は人間によるもので、残りは自然の窒素循環の一部です。[109 ] N
2人間が毎年排出するOは約30億トンの二酸化炭素に相当する温室効果を持っています。比較のために言うと、人間が2019年に排出した実際の二酸化炭素は370億トンで、メタンは90億トンの二酸化炭素に相当します。[110]
Nの大部分
2自然および人為的発生源から大気中に放出されるOは、土壌や海洋中の脱窒細菌や真菌などの微生物によって生成される。 [111]自然植生下の土壌は亜酸化窒素の重要な発生源であり、自然に生成される排出量の60％を占める。その他の自然発生源には、海洋（35％）と大気化学反応（5％）がある。[112]湿地も亜酸化窒素を排出することがある。[113] [114]永久凍土の融解による排出量は相当なものである可能性があるが、2022年時点では確実ではない。[108]
人為的排出の主な要素は、肥料を施された農業用土壌と家畜の排泄物（42%）、肥料の流出と浸出（25%）、バイオマス燃焼（10%）、化石燃料の燃焼と工業プロセス（10%）、その他の窒素含有大気排出物の生物学的分解（9%）、および人間の下水（5%）である。[115] [116] [117] [118] [119]農業は、土壌耕作、窒素肥料の使用、動物の排泄物処理を通じて亜酸化窒素の生成を促進します。[120]これらの活動は、天然のバクテリアを刺激して亜酸化窒素の生成を増加させます。土壌からの亜酸化窒素の排出は、時間と場所によって著しく変化するため測定が困難であり、[121]年間の排出の大部分は、条件が良好な「ホットモーメント」[122] [123]や「ホットスポット」と呼ばれる好ましい場所で発生する可能性があります。[124]
産業排出物の中で、亜酸化窒素排出の最大の発生源は硝酸とアジピン酸の生産である。アジピン酸の排出は、シクロヘキサノンのニトロ化から得られる亜硝酸中間体の分解によって特に発生する。 [115] [125] [126]
生物学的プロセス
亜酸化窒素を生成する微生物プロセスは、硝化と脱窒に分類できます。具体的には、次のものが含まれます。
- 好気性独立栄養硝化は、アンモニア（NH
3）から亜硝酸塩（NO−
2）および硝酸（NO−
3） - 嫌気性従属栄養性脱窒、 NOの段階的減少−
3いいえ−
2、一酸化窒素（NO）、N
2O、そして最終的にはN
2通性嫌気性細菌はNOを使用する−
3酸素不足の状態で有機物の呼吸における電子受容体として（O
2） - 硝化脱窒は独立栄養NHによって行われる
3酸化細菌とアンモニア（NH
3）は亜硝酸塩（NO−
2）、続いてNO−
2一酸化窒素（NO）、N
2Oと分子状窒素（N
2） - 従属栄養硝化
- 同じ従属栄養硝化菌による好気性脱窒
- 真菌による脱窒
- 非生物学的化学的脱窒
これらのプロセスは、土壌の化学的・物理的特性（無機窒素や有機物の利用可能性、酸性度、土壌の種類など）や、土壌温度や水分含有量などの気候関連要因 によって影響を受けます。
大気中へのガスの放出は、亜酸化窒素還元酵素によって触媒されるプロセスによって細胞内で消費されるため、大幅に制限されます。[127]
環境への影響
Nのグローバル会計
22016年までの10年間のO排出量と吸収源の分析によると、年間平均17TgN（テラグラム、つまり百万メートルトンの窒素）の排出量のうち約40％が人間の活動に由来しており、排出量の増加は主に農業の拡大によるものであることが示されています。[10] [11]
温室効果
亜酸化窒素は温室効果ガスとして地球温暖化に重大な影響を及ぼす可能性がある。100年間で分子あたりで見ると、亜酸化窒素は二酸化炭素（CO）の265倍の大気中の熱を閉じ込める能力がある。
2[107]しかし、その濃度は低い（CO
2）の温室効果への寄与は二酸化炭素の3分の1以下であり、 メタンよりも少ない。[128]一方、窒素の約40％は二酸化炭素であり、メタンよりも少ない。
2大気中に放出される窒素酸化物（O）は人間の活動の結果であり、[115]亜酸化窒素の制御は温室効果ガス排出を抑制する取り組みの一環である。[129]
大気中に放出される人為的亜酸化窒素のほとんどは、農家が窒素ベースの肥料を畑に散布したり、家畜の糞尿を分解したりすることで排出される農業由来の温室効果ガスです。排出量の削減は、気候変動政策のホットな話題になり得ます。[130]
亜酸化窒素は化石燃料の燃焼の副産物としても排出されるが、その量は使用された燃料によって異なる。亜酸化窒素は窒素肥料の合成に使用される硝酸の製造からも排出される。ナイロンやその他の合成繊維の原料であるアジピン酸の製造でも亜酸化窒素が排出される。[131]
大気中の亜酸化窒素濃度の上昇は、セノマニアン-チューロニアン境界事象中の極めて激しい地球温暖化の原因となった可能性があると示唆されている。[132]
オゾン層の破壊
亜酸化窒素もオゾン層の薄化に関与していると考えられている。2009年の研究では、N
2O排出量はオゾン層を破壊する最も重要な排出量であり、21世紀を通じて最大の排出量であり続けると予想されていました。[9] [133]
合法性
インド
医療麻酔の目的であれば、 バルクシリンダーからより小型で輸送しやすいEタイプの1,590リットル容量のタンク[134]に亜酸化窒素を移送することは合法である。
ニュージーランド
保健省は、亜酸化窒素は処方薬であり、処方箋なしでの販売や所持は医薬品法違反であると警告している。[135]これにより、亜酸化窒素の非医療目的の使用はすべて禁止されると思われるが、娯楽目的の使用のみが対象になることが示唆されている。
英国
2015年8月、ロンドン市ランベス区議会（英国）は娯楽目的での薬物使用を禁止し、違反者には最高1,000ポンドの罰金をその場で科すこととした。[136]
2023年9月、政府は年末までに亜酸化窒素を違法とし、所持には最長2年の懲役刑または無制限の罰金を科すと発表した。[137]
私たち
亜酸化窒素の所持は連邦法の下では合法であり、 DEAの管轄外である。[138]しかし、食品医薬品局の食品医薬品化粧品法の下で規制されており、その「不当表示」条項に基づいて起訴される可能性があり、人間の消費目的での亜酸化窒素の販売または配布を禁止している。多くの州では、亜酸化窒素の所持、販売、配布を規制する法律がある。そのような法律は通常、未成年者への配布を禁止するか、特別な許可なしに販売できる量を制限している。[要出典]たとえば、カリフォルニア州では、娯楽目的での所持は禁止されており、軽犯罪に該当する。[139]
参照
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、亜酸化窒素に関連するメディアがあります。
- 亜酸化窒素に関する労働安全衛生ガイドライン
- ポール・クルッツェン インタビュー オゾン分解に関する研究でノーベル賞を受賞したポール・クルッツェンが、ノーベル賞受賞者のハリー・クロトと対談するビデオをベガ・サイエンス・トラストが無料で公開しています。
- 国家汚染物質目録 – 窒素酸化物ファクトシート
- 国立労働安全衛生研究所 – 亜酸化窒素
- CDC – NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド – 亜酸化窒素
- 亜酸化窒素に関するよくある質問
- 亜酸化窒素に関するErowidの記事
- 亜酸化窒素がオゾン層破壊物質として指摘される 2012年9月29日アーカイブ、 Wayback Machine、科学ニュース
- 歯科における亜酸化窒素の使用に関する Dental Fear Central の記事
- 変性状態データベース
