Изоциановая кислота
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Изоциановая кислота | |
| Другие имена Карбимид [1] Углеродный имид | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| ЧЭБИ |
|
| ChemSpider |
|
| Информационная карта ECHA | 100.109.068 |
CID PubChem |
|
| УНИИ |
|
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| HNCO | |
| Молярная масса | 43,025 г·моль −1 |
| Появление | Бесцветная жидкость или газ (температура кипения близка к комнатной температуре) |
| Плотность | 1,14 г/см 3 (20 °С) |
| Температура плавления | −86 °C (−123 °F; 187 K) [4] |
| Точка кипения | 23,5 °C (74,3 °F; 296,6 К) |
| Растворяется | |
| Растворимость | Растворим в бензоле , толуоле , диэтиловом эфире. |
| Кислотность ( pK a ) | 3.7 [2] |
| Сопряженная кислота | Оксометаниминий [3] |
| Сопряженное основание | Цианат |
| Опасности | |
| Охрана труда и техника безопасности (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Ядовитый |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Изоциановая кислота — химическое соединение со структурной формулой HNCO, которую часто записывают как H−N=C=O . Это бесцветное, летучее и ядовитое вещество с температурой кипения 23,5 °C. Это преобладающий таутомер и изомер циановой кислоты (она же цианол) ( H−O−C≡N ).
Производный анион изоциановой кислоты такой же, как производный анион циановой кислоты, и этот анион - [N=C=O] − , который называется цианатом . Связанная функциональная группа −N=C=O - изоцианат ; он отличается от цианата ( −O−C≡N ), фульмината ( −O−N + ≡C − ) и оксида нитрила ( −C≡N + −O − ). [5]
Изоциановая кислота была открыта в 1830 году Юстусом фон Либихом и Фридрихом Вёлером . [6]
Изоциановая кислота — простейшее стабильное химическое соединение , содержащее углерод , водород , азот и кислород — четыре наиболее часто встречающихся элемента в органической химии и биологии. Это единственный достаточно стабильный из четырех линейных изомеров с молекулярной формулой HOCN, которые были синтезированы, остальные — циановая кислота (цианол, H−O−C≡N ) и неуловимая фульминовая кислота ( H−C≡N + −O − ) [7] и изофульминовая кислота H−O−N + ≡C − . [5] [8]
Структура
Изоциановая кислота (HNCO)
Хотя электронная структура согласно теории валентных связей может быть записана как H−N=C=O, колебательный спектр имеет полосу при 2268,8 см −1 в газовой фазе, что, по мнению некоторых, указывает на тройную связь углерода и азота. [9] [10] Если это так, то каноническая форма H−N + ≡C−O − является основной резонансной структурой .
Однако классический колебательный анализ показал бы, что 2268,8 см −1 является асимметричным растяжением N=C=O, согласно Колтапу и др. [11] , а также NIST Chemistry WebBook [12] , который также сообщает, что соответствующее симметричное растяжение N=C=O (слабое в инфракрасном, но сильное в рамановском) составляет 1327 см −1 . Исходя из этих классических назначений, нет необходимости привлекать полное заряженное состояние для атомов N и O, чтобы объяснить колебательные спектральные данные.
Циановая кислота (HOCN)
Таутомер , известный как циановая кислота, HOCN, в котором атом кислорода протонирован, находится в равновесии с изоциановой кислотой в количестве около 3%. [ необходима цитата ] [ сомнительно – обсудить ] Колебательный спектр указывает на наличие тройной связи между атомами азота и углерода. [13]
Характеристики
В водном растворе это слабая кислота , имеющая p K a 3,7: [2]
- HNCO ⇌ H + + NCO −
Изоциановая кислота гидролизуется до диоксида углерода и аммиака :
- HNCO + H2O → CO2 + NH3
Разбавленные растворы изоциановой кислоты стабильны в инертных растворителях , например, эфире и хлорированных углеводородах . [14]
При высоких концентрациях изоциановая кислота олигомеризуется, давая тример циануровой кислоты и циамелид , полимер. Эти виды обычно легко отделяются от продуктов реакции в жидкой или газовой фазе.
Изоциановая кислота реагирует с аминами, образуя мочевины (карбамиды):
- HNCO + RNH2 → RNHC(O) NH2
Эта реакция называется карбамилированием .
HNCO присоединяется к богатым электронами двойным связям, таким как виниловые эфиры , образуя соответствующие изоцианаты.
Изоциановая кислота, HNCO, является кислотой Льюиса , свободная энергия , энтальпия и энтропия которой изменяются при ассоциации 1:1 с рядом оснований в растворе четыреххлористого углерода при 25 °C. [15] Акцепторные свойства HNCO сравниваются с другими кислотами Льюиса в модели ECW .
Низкотемпературный фотолиз твердых веществ, содержащих HNCO, создает таутомерную циановую кислоту H−O−C≡N , также называемую цианатом водорода. [16] Чистая циановая кислота не была выделена, и изоциановая кислота является преобладающей формой во всех растворителях. [14] Иногда информация, представленная для циановой кислоты в справочниках, на самом деле относится к изоциановой кислоте. [ необходима ссылка ]
Подготовка
Изоциановую кислоту можно получить путем протонирования цианат -аниона , например, из солей, таких как цианат калия , либо газообразным хлористым водородом , либо кислотами, такими как щавелевая кислота . [17]
HNCO также можно получить путем высокотемпературного термического разложения тримера циануровой кислоты :
В противоположность знаменитому синтезу мочевины Фридриха Вёлера ,
Образуется изоциановая кислота, которая быстро тримеризуется в циануровую кислоту.
Происшествие
Изоциановая кислота была обнаружена во многих видах межзвездной среды . [8]
Изоциановая кислота также присутствует в различных формах дыма , включая смог и сигаретный дым . Она была обнаружена с помощью масс-спектрометрии и легко растворяется в воде , представляя опасность для здоровья легких. [18]
Смотрите также
Ссылки
- ^ Цианамид также имеет это название, и для него это более систематически правильно
- ^ ab Pettit, Gwyneth; Pettit, Leslie. "SC-Database" (собственная база данных). Timble, Yorks: Academic Software — через собственнический исполняемый файл.
- ^ "Оксометанимий | CH2NO | ChemSpider". www.chemspider.com . Получено 27 января 2019 г. .
- ^ Прадьот Патнаик. Справочник по неорганическим химикатам . McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8
- ^ ab William R. Martin и David W. Ball (2019): «Небольшие органические фульминаты как высокоэнергетические материалы. Фульминаты ацетилена, этилена и аллена». Журнал энергетических материалов , том 31, выпуск 7, страницы 70-79. doi :10.1080/07370652.2018.1531089
- ^ Либих, Дж.; Вёлер, Ф. (1830). «Untersuchungen über die Cyansäuren». Энн. Физ . 20 (11): 394. Бибкод : 1830АнП....96..369Л. дои : 10.1002/andp.18300961102.
- ^ Курцер, Фредерик (2000). «Гремучая кислота в истории органической химии». Журнал химического образования . 77 (7): 851–857. Bibcode : 2000JChEd..77..851K. doi : 10.1021/ed077p851.
- ^ ab Donghui Quan, Eric Herbst, Yoshihiro Osamura и Evelyne Roueff (2010): «Моделирование газовых зерен изоциановой кислоты (HNCO), циановой кислоты (HOCN), фульминовой кислоты (HCNO) и изофульминовой кислоты (HONC) в различных межзвездных средах» The Astrophysical Journal , том 725, выпуск 2, страницы doi : 10.1088/0004-637X/725/2/2101
- ^ Накамото, часть А, стр. 190
- ^ Телес, Хоаким Энрике; Майер, Гюнтер; Андес Хесс, Б.; Шаад, Лоуренс Дж.; Винневиссер, Манфред; Винневиссер, Бренда П. (1989). «Изомеры CHNO». Химише Берихте . 122 (4): 753–766. дои : 10.1002/cber.19891220425.
- ^ Колтап, Норман Б.; Дейли, Лоуренс Х.; Виберли, Стивен Э. (1990). Введение в инфракрасную и рамановскую спектроскопию. Academic Press (Elsevier). ISBN 978-0-12-182554-6.
- ^ "Изоциановая кислота". Национальный институт стандартов и технологий (Министерство торговли США) . Получено 20 апреля 2023 г.
- ^ Телес, Хоаким Энрике; Майер, Гюнтер; Андес Хесс, Б.; Шаад, Лоуренс Дж.; Винневиссер, Манфред; Винневиссер, Бренда П. (1989). «Изомеры CHNO». хим. Бер . 122 (4): 1099–0682. дои : 10.1002/cber.19891220425.
- ^ ab AS Narula, K. Ramachandran «Изоциановая кислота» в Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2001, John Wiley & Sons, Нью-Йорк. doi :10.1002/047084289X.ri072m Дата публикации статьи в Интернете: 15 апреля 2001 г.
- ^ Нельсон, Дж. (1970) Водородно-связанные комплексы изоциановой кислоты: инфракрасные спектры и термодинамические измерения. Spectrochimica Acta Часть A: Молекулярная спектроскопия 26,109-120.
- ^ Jacox, ME; Milligan, DE (1964). «Низкотемпературное инфракрасное исследование промежуточных продуктов при фотолизе HNCO и DNCO». Журнал химической физики . 40 (9): 2457–2460. Bibcode : 1964JChPh..40.2457J. doi : 10.1063/1.1725546.
- ^ Фишер, Г.; Гейт, Дж.; Клапотке, ТМ; Крумм Б. (2002). «Синтез, свойства и исследование димеризации изоциановой кислоты» (PDF) . Z. Naturforsch . 57b (1): 19–25. doi :10.1515/znb-2002-0103. S2CID 37461221.
- ^ Preidt, Robert. «Химические вещества в дыме могут представлять опасность для здоровья». MyOptumHealth . AccuWeather . Получено 14 сентября 2011 г.
Внешние ссылки
- Вальтер, Вольфганг (1997). Органическая химия: всеобъемлющий учебник и справочник. Чичестер: Albion Publishing. стр. 364. ISBN 978-1-898563-37-2. Получено 21.06.2008 .
- Циановая кислота из NIST Chemistry WebBook (дата обращения 2006-09-09)
