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2,4-二硝基苯酚

2,4-二硝基苯酚（英語：2,4-Dinitrophenol，簡稱DNP），分子式C6H4N2O5，是一種細胞代謝毒素。DNP能夠通過運送質子通過線粒體膜使氧化磷酸化解偶聯化，使得能量被大量消耗卻不被用來製造ATP。

2,4-二硝基苯酚
IUPAC名
2,4-dinitrophenol
別名 Solfo Black
識別
CAS號 51-28-5  checkY
PubChem 1493
ChemSpider 1448
SMILES
 
  • O=[N+]([O-])c1cc(ccc1O)[N+]([O-])=O
InChI
 
  • 1/C6H4N2O5/c9-6-2-1-4(7(10)11)3-5(6)8(12)13/h1-3,9H
InChIKey UFBJCMHMOXMLKC-UHFFFAOYAV
UN編號 0076, 1320
ChEBI 42017
DrugBank DB04528
KEGG C02496
性質
化學式 C6H4N2O5
摩爾質量 184.106 g·mol⁻¹
密度 1.683 g/cm³
熔點 108 °C（381 K）
沸點 113 °C（386 K）
pKa 4.114
危險性
歐盟危險性符號
有毒有毒 T
危害環境危害環境N
警示術語 R：R10 R23 R24 R25 R33
安全術語 S：S1 S2 S28 S37 S45
NFPA 704
3
3
3
 
閃點 135 °C
致死量或濃度：
LD50（中位劑量）
 30mg·kg-1
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

二硝基苯酚包括了六種人工合成的非天然有機化合物，2,4-二硝基苯酚是這六種同分異構體之一。

化學性質

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2,4-二硝基苯酚常溫下為黃色固態結晶，具有香甜的發霉氣味。緩慢加熱時升華，並有揮發性。DNP溶於乙酸乙酯、丙酮、氯仿、吡啶、四氯化碳、甲苯、乙醇、苯和鹼的水溶液。[1] 它的鈉鹽溶於水。DNP與鹼或氨反應生成爆炸性的鹽；加熱DNP使其分解會產生有毒的氮氧化物。[2] 它不與重金屬及重金屬鹽反應。

用途

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DNP目前主要用於科學研究和工業生產。DNP有時被用來製造染料，合成其他有機物，以及木材的防腐。它同時還被用作顯影劑、炸藥和殺蟲劑的中間體。

藥理學

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在活體細胞中，DNP是一種離子載體（英語：ionophore）（即可以運送質子穿過生物膜）。它能夠消除線粒體和葉綠體的部分跨膜質子濃度梯度，而由於質子濃度梯度是絕大部分製造ATP的能量來源，這因而妨礙了ATP的產生。這其中浪費的大量能量隨即以熱量的方式散失。

DNP在生物化學研究上常被用來幫助探究化學滲透和其他膜輸送的生物能量學原理。

減肥用藥

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自從史丹福大學的Cutting和Tainter發表他們第一份關於DNP能夠極大程度地增加代謝速率的報告之後，從1933年到1938年，這種藥物被人們廣泛用作減肥藥。[3][4] 僅僅當DNP進入市場一年之後，Tainter估計在美國已經有至少大概10萬人使用了該藥，而還不包括眾多的海外使用者。[5] DNP在人體內是一種質子載體，能夠使質子進入線粒體內膜而跳過三磷酸腺苷合酶。 這使得ATP的合成效率變低——實際上，細胞呼吸產生的部分用來合成ATP的能量以熱量的形式散失了。ATP的合成效率與DNP的攝入量成反比，因此，隨着DNP用量的增加，細胞為了提供人體足夠能量與補充ATP，代謝速率也隨之大幅度增加，從而使得更多的脂肪被消耗。DNP或許是最著名的一種「解偶聯劑」，因為它的作用原理就是解除部分正常呼吸鏈中應有的電子傳遞與磷酸化兩者之間偶聯關係，即氧化磷酸化的「解偶聯」。有趣的是，DNP用量的限制不是由於人體ATP的不足，而是因為解偶聯過程中產生的大量熱量及隨之的體溫大幅度升高。因此，DNP的過量使用會導致致命的中暑。為了解決這個問題，醫生通常會建議減肥者根據個人藥物耐受度（不同人可能有十分大的區別）逐漸增加DNP用量。[6] 有案例報告對於人類20–50mg/kg的一次性用量可導致死亡。[7] 由於對許多危險的副作用（除高體溫引起的抽搐、昏迷之外，還有迅速發展的白內障症狀）的擔憂，在1938年末，DNP被迫從美國市場上下架。然而DNP仍然被一些健美人士和運動員用來快速減少身體脂肪含量。過量導致的死亡比較罕見，不過有時還是有報告。這其中包括的案例有意外接觸、[8] 自殺[7][9][10] 和普通減肥使用。[9][11][12]

目前科學家掌握的DNP的藥代動力學數據仍然有限，並且一部分相互矛盾。美國國家環境保護局（EPA）的有關資料為「未能找到二硝基苯酚的代謝動力學或代謝產物數據」。[13] 美國毒物和疾病登記署（ATSDR）的資料為「沒有關於口服2,4-DNP後該物質在人體內的分佈的研究；動物口服後的資料則是有限的」。但是ATSDR也說明了「DNP的代謝速率似乎很快，除了在肝功能不足的情況下」。[14] 這一點和新英格蘭醫學雜誌上有關2,4-二硝基苯酚生物活性的一篇論文相符合：這篇論文上說「從代謝過程上來說，DNP能在3至4日之內被完全代謝；在肝或腎損傷的情況下該藥物則會在體內停留更久」。[15] 奇怪的是，更新的一些研究卻給出了不同藥物半衰期——從3個小時[16] 到5–14天。[7] 最近的一些其他研究則保持人體半衰期未知的觀點。[9]

有案例報告稱成功用丹曲林治癒二硝基酚引起的體溫過高，雖然這份報告仍需要進一步調查。[17] DNP解偶聯作用的時候會使得線粒體儲存的鈣被釋放出來並且阻止了鈣的重吸收。這會導致細胞內自由鈣離子濃度升高，引起肌肉收縮和體溫升高。而丹曲林能夠阻止肌質網釋放鈣離子從而降低細胞內的鈣離子濃度，從而使肌肉放鬆，熱量釋放。因為丹曲林的副作用十分少，並且能夠某種程度上有效地減少解偶聯劑引起的體溫過高，所以儘早使用丹曲林可以取得更好的搶救效果。[18]

儘管許多人覺得DNP對於人體來說太過於危險，它本身的高效作用原理仍被認為有待研究，以尋求潛在的治療肥胖症的藥物。[19] 目前，有關研究主要關注於人體內自然存在的解偶聯蛋白。

環境毒性

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DNP被美國國家環境保護局認為是一種較嚴重的環境污染物。它可以通過機動車廢氣、工業垃圾燃燒以及空氣中氮氣和其他化學物質反應進入大氣。

DNP主要在土壤中由微生物降解。然而，它對厭氧微生物的影響仍然未知；有研究指出DNP對這些微生物可能具有毒性，能夠減少它們產生甲烷的量。

參考資料

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  1. ^ Budavari, Susan(ed); O'Neil, Maryadele J(ed); Heckelman, Patricia E(red). "The merck index an encyclopedia of chemical, drugs, and biologicals / The merck index an encyclopedia of chemical, drugs, and biologicals." Rahway, NJ; 默克藥廠; 1989. [1900] p.
  2. ^ Sax, N.Irving; Bruce, Robert D. Dangerous properties of industrial materials 3 7th. 約翰威立. 1989. ISBN 0-442-27368-1. 
  3. ^ Cutting WC, Mehrtens HG, Tainter ML. Actions and uses of dinitrophenol: Promising metabolic applications. 美國醫學會雜誌. 1933, 101: 193–195. 
  4. ^ Tainter ML, Stockton AB, Cutting WC. Use of dinitrophenol in obesity and related conditions: a progress report. 美國醫學會雜誌. 1933, 101: 1472–1475. 
  5. ^ Tainter ML, Cutting WC, Stockton AB. Use of Dinitrophenol in Nutritional Disorders : A Critical Survey of Clinical Results. 美國公共衛生雜誌. 1934, 24 (10): 1045–1053. PMC 1558869  . PMID 18014064. doi:10.2105/AJPH.24.10.1045. 
  6. ^ Simkins S. Dinitrophenol and desiccated thyroid in the treatment of obesity: a comprehensive clinical and laboratory study. 美國醫學會雜誌. 1937, 108: 2110–2117. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 Hsiao AL, Santucci KA, Seo-Mayer P; et al. Pediatric fatality following ingestion of dinitrophenol: postmortem identification of a "dietary supplement". Clin Toxicol (Phila). 2005, 43 (4): 281–285. PMID 16035205. 
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  9. ^ 9.0 9.1 9.2 A. Hahn, K. Begemann, R. Burger, J. Hillebrand, H. Meyer, K. Preußner: "Cases of Poisoning Reported by Physicians in 2006", page 40. BfR Press and Public Relations Office, 2006.
  10. ^ Bartlett J, Brunner M, Gough K. Deliberate poisoning with dinitrophenol (DNP): an unlicensed weight loss pill. Emerg Med J. February 2010, 27 (2): 159–160. PMID 20156878. doi:10.1136/emj.2008.069401. 
  11. ^ McFee RB, Caraccio TR, McGuigan MA, Reynolds SA, Bellanger P. Dying to be thin: a dinitrophenol related fatality. Veterinary and human toxicology. 2004, 46 (5): 251–254. PMID 15487646. 
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  13. ^ Ambient water quality criteria for nitrophenols, 440/5-80-063 (PDF). 美國國家環境保護局. 1980 [2011-11-19]. （原始內容存檔 (PDF)於2004-09-09）. 
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  15. ^ Edsall, G. Biological actions of dinitrophenol and related compounds: a review. 新英格蘭醫學雜誌. 1934, 211 (9): 385–390. doi:10.1056/NEJM193408302110901. 
  16. ^ Korde AS, Pettigrew LC, Craddock SD, Maragos WF. The mitochondrial uncoupler 2,4-dinitrophenol attenuates tissue damage and improves mitochondrial homeostasis following transient focal cerebral ischemia. J. Neurochem. September 2005, 94 (6): 1676–1684. PMID 16045446. doi:10.1111/j.1471-4159.2005.03328.x. 
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外部連結（英文）

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