Изоциановая кислота

Изоциановая кислота
Имена
	Название ИЮПАК Изоциановая кислота
	Другие имена Карбимид ; Углекислый имид
Идентификаторы
Номер CAS	75-13-8 ; 420-05-3 (циановая кислота) ;
3D model ( JSmol )	Изоциановая кислота: Интерактивное изображение ; Циановая кислота: Интерактивное изображение ;
ЧЭБИ	ЧЕБИ:29202 ;
ХимическийПаук	6107 ;
Информационная карта ECHA	100.109.068
ПабХим CID	6347 ;
НЕКОТОРЫЙ	QKG6U31925 ; 460E3FHT8O (циановая кислота) ;
Панель управления CompTox ( EPA )	DTXSID9073884 ;
	показывать ИнЧИ
	показывать УЛЫБКИ
Характеристики
Химическая формула	ГНКО
Молярная масса	43.025 g·mol −1
Появление	Бесцветная жидкость или газ (точка кипения близка к комнатной температуре)
Плотность	1,14 г/см 3 (20 °С)
Температура плавления	-86 ° C (-123 ° F; 187 К)
Точка кипения	23,5 ° C (74,3 ° F; 296,6 К)
Растворимость в воде	Растворяется
Растворимость	Растворим в бензоле , толуоле , диэтиловом эфире.
Кислотность ( pKa )	3.7
Конъюгатная кислота	Оксометаниминиум
Сопряженная база	Цианат
Опасности
	Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH):
Основные опасности	Ядовитый
	Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). проверить ( что такое ?) Ссылки на инфобоксы

Изоциановая кислота представляет собой 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°С. Это преобладающий таутомер и изомер циановой кислоты (также известной как цианол) ( H−O−C≡N ).

Производный анион изоциановой кислоты такой же, как производный анион циановой кислоты, и этот анион [Н=С=О] ⁻, который называется цианатом . Соответствующая функциональная группа −N=C=O представляет собой изоцианат ; он отличается от цианата ( −O−C≡N ), гремящий ( −O−N ⁺≡C ⁻) и оксид нитрила ( −C≡N ⁺−О ⁻). ^[5]

Изоциановая кислота была открыта в 1830 году Юстусом фон Либихом и Фридрихом Вёлером . ^[6]

Изоциановая кислота — это 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, остальные представляют собой циановую кислоту (цианол, синтезированных H−O−C≡N ) и неуловимую фульминовую кислоту ( H−C≡N ⁺−О ⁻) ^[7] и изофульминовая кислота Х-О-Н ⁺≡C ⁻. ^[5]^[8]

Структура

Изоциановая кислота (HNCO)

Хотя электронную структуру согласно теории валентных связей можно записать как H−N=C=O, в колебательном спектре имеется полоса при 2268,8 см-1. ⁻¹ в газовой фазе, что, по мнению некоторых, указывает на тройную связь углерод-азот. ^[9]^[10] Если да, то каноническая форма H-N ⁺≡C−O ⁻ является основной резонансной структурой .

Однако классический вибрационный анализ показал бы, что высота 2268,8 см ⁻¹ представляет собой асимметричное растяжение N=C=O, согласно Colthup et al., ^[11] а также веб-книгу NIST по химии, ^[12] который также сообщает, что соответствующее симметричное растяжение N=C=O (слабое в инфракрасном диапазоне, но сильное в комбинационном) составляет 1327 см. ⁻¹. Основываясь на этих классических предположениях, нет необходимости ссылаться на полностью заряженное состояние атомов N и O для объяснения колебательных спектральных данных.

Циановая кислота (HOCN)

Таутомер , известный как циановая кислота, HOCN , в которой атом кислорода протонирован, существует в равновесии с изоциановой кислотой в пределах около 3%. ^{[ нужна ссылка ]}^{[ сомнительно – обсудить ]} Колебательный спектр указывает на наличие тройной связи между атомами азота и углерода. ^[13]

Характеристики

В водном растворе это кислота , имеющая pKa слабая _3,7 : ^[2]

ГНКО ⇌ Ч ⁺ + унтер-офицер ⁻

Изоциановая кислота гидролизуется до углекислого газа и аммиака :

HNCO + H ₂ O → CO ₂ + NH ₃

Разбавленные растворы изоциановой кислоты устойчивы в инертных растворителях , например в эфире и хлорированных углеводородах . ^[14]

При высоких концентрациях изоциановая кислота олигомеризуется с образованием тримера циануровой кислоты и циамелида — полимера. Эти частицы обычно легко отделяются от продуктов реакции в жидкой или газовой фазе.

Изоциановая кислота реагирует с аминами с образованием мочевины (карбамидов):

HNCO + RNH ₂ → RNHC(O)NH ₂

Эта реакция называется карбамилированием .

HNCO добавляет поперек богатые электронами двойные связи, такие как виниловые эфиры , с образованием соответствующих изоцианатов.

Изоциановая кислота, HNCO, представляет собой кислоту Льюиса которой , свободная энергия , энтальпия и энтропия изменяется при ее 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, приводит к образованию таутомера циановой кислоты. H−O−C≡N , также называемый цианатом водорода. ^[16] Чистая циановая кислота не выделена, а изоциановая кислота является преобладающей формой во всех растворителях. ^[14] Иногда информация, представленная в справочниках по циановой кислоте, на самом деле относится к изоциановой кислоте. ^{[ нужна ссылка ]}

Подготовка

Изоциановую кислоту можно получить протонированием цианат -аниона , например, из солей, таких как цианат калия , либо газообразным хлористым водородом , либо кислотами, такими как щавелевая кислота . ^[17]

{\ce {H+ + NCO- -> HNCO}}

HNCO также можно получить путем высокотемпературного термического разложения тримера циануровой кислоты :

{\ce {C3H3N3O3 -> 3 HNCO}}

В отличие от знаменитого синтеза мочевины Фридриха Вёлера ,

{\ce {CO(NH2)2 -> HNCO + NH3}}

образуется изоциановая кислота, которая быстро тримеризуется до циануровой кислоты.

возникновение

Изоциановая кислота была обнаружена во многих межзвездных средах . ^[8]

Изоциановая кислота также присутствует в различных формах дыма , включая смог и сигаретный дым . Он был обнаружен с помощью масс-спектрометрии и легко растворяется в воде , создавая риск для здоровья легких. ^[18]

См. также

Ссылки

^ Цианамид также имеет это название, и для него оно более систематически правильно.
^ Перейти обратно: ^а ^б Петтит, Гвинет; Петтит, Лесли. «СК-База данных» (собственная база данных) . Тимбл, Йоркс: Академическое программное обеспечение — через собственный исполняемый файл.
^ «Оксометаминиум | CH2NO | ChemSpider» . www.chemspider.com . Проверено 27 января 2019 г.
^ Прадьот Патнаик. Справочник неорганических химикатов . МакГроу-Хилл, 2002 г., ISBN 0-07-049439-8
^ Перейти обратно: ^а ^б Уильям Р. Мартин и Дэвид В. Болл (2019): «Маленькие органические гремящие вещества как высокоэнергетические материалы. Гремящие вещества ацетилена, этилена и аллена». Журнал «Энергетические материалы» , том 31, выпуск 7, страницы 70-79. дои : 10.1080/07370652.2018.1531089
^ Либих, Дж.; Вёлер, Ф. (1830). «Исследования циановых кислот» . Энн. Физ . 20 (11): 394. Бибкод : 1830АнП....96..369Л . дои : 10.1002/andp.18300961102 .
^ Курцер, Фредерик (2000). «Фульминовая кислота в истории органической химии». Журнал химического образования . 77 (7): 851–857. Бибкод : 2000ЖЧЭд..77..851К . дои : 10.1021/ed077p851 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Дунхуэй Цюань, Эрик Хербст, Ёсихиро Осамура и Эвелин Руефф (2010): «Моделирование газового зерна изоциановой кислоты (HNCO), циановой кислоты (HOCN), фульминовой кислоты (HCNO) и изофульминовой кислоты (HONC) в различных межзвездных средах. « Астрофизический журнал» , том 725, выпуск 2, стр. два : 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». Химические отчеты . 122 (4): 753–766. дои : 10.1002/cber.19891220425 .
^ Колтуп, Норман Б.; Дейли, Лоуренс Х.; Виберли, Стивен Э. (1990). Введение в инфракрасную и рамановскую спектроскопию . Академическое издательство (Эльзевир). ISBN 978-0-12-182554-6 .
^ «Изоциановая кислота» . Национальный институт стандартов и технологий (Министерство торговли США) . Проверено 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 .
^ Перейти обратно: ^а ^б А.С. Нарула, К. Рамачандран «Изоциановая кислота» в Энциклопедии реагентов для органического синтеза, 2001, John Wiley & Sons, Нью-Йорк. doi : 10.1002/047084289X.ri072m Дата публикации статьи в Интернете: 15 апреля 2001 г.
^ Нельсон, Дж. (1970) Комплексы изоциановой кислоты с водородными связями: инфракрасные спектры и термодинамические измерения. Spectrochimica Acta Часть A: Молекулярная спектроскопия 26,109-120.
^ Джакокс, Мэн; Миллиган, Делавэр (1964). «Низкотемпературное инфракрасное исследование промежуточных продуктов фотолиза HNCO и DNCO». Журнал химической физики . 40 (9): 2457–2460. Бибкод : 1964JChPh..40.2457J . дои : 10.1063/1.1725546 .
^ Фишер, Г.; Гейт, Дж.; Клапотке, ТМ; Крумм Б. (2002). «Синтез, свойства и исследование димеризации изоциановой кислоты» (PDF) . З. Натурфорш . 57б (1): 19–25. дои : 10.1515/znb-2002-0103 . S2CID 37461221 .
^ Прейдт, Роберт. «Химические вещества в дыме могут представлять опасность для здоровья» . MyOptumHealth . AccuWeather . Проверено 14 сентября 2011 г.

Внешние ссылки

Вальтер, Вольфганг (1997). Органическая химия: подробный учебный текст и справочник . Чичестер: Издательство Альбион. п. 364. ИСБН 978-1-898563-37-2 . Проверено 21 июня 2008 г.
Циановая кислота из веб-книги NIST Chemistry (по состоянию на 9 сентября 2006 г.)

[1] Цианамид также имеет это название, и для него оно более систематически правильно.

[scdb-2] Перейти обратно: ^а ^б Петтит, Гвинет; Петтит, Лесли. «СК-База данных» (собственная база данных) . Тимбл, Йоркс: Академическое программное обеспечение — через собственный исполняемый файл.

[3] «Оксометаминиум | CH2NO | ChemSpider» . www.chemspider.com . Проверено 27 января 2019 г.

[4] Прадьот Патнаик. Справочник неорганических химикатов . МакГроу-Хилл, 2002 г., ISBN 0-07-049439-8

[mart2019-5] Перейти обратно: ^а ^б Уильям Р. Мартин и Дэвид В. Болл (2019): «Маленькие органические гремящие вещества как высокоэнергетические материалы. Гремящие вещества ацетилена, этилена и аллена». Журнал «Энергетические материалы» , том 31, выпуск 7, страницы 70-79. дои : 10.1080/07370652.2018.1531089

[6] Либих, Дж.; Вёлер, Ф. (1830). «Исследования циановых кислот» . Энн. Физ . 20 (11): 394. Бибкод : 1830АнП....96..369Л . дои : 10.1002/andp.18300961102 .

[7] Курцер, Фредерик (2000). «Фульминовая кислота в истории органической химии». Журнал химического образования . 77 (7): 851–857. Бибкод : 2000ЖЧЭд..77..851К . дои : 10.1021/ed077p851 .

[quan2010-8] Перейти обратно: ^а ^б Дунхуэй Цюань, Эрик Хербст, Ёсихиро Осамура и Эвелин Руефф (2010): «Моделирование газового зерна изоциановой кислоты (HNCO), циановой кислоты (HOCN), фульминовой кислоты (HCNO) и изофульминовой кислоты (HONC) в различных межзвездных средах. « Астрофизический журнал» , том 725, выпуск 2, стр. два : 10.1088/0004-637X/725/2/2101

[9] Накамото, часть А, стр. 190.

[10] Телес, Хоаким Энрике; Майер, Гюнтер; Андес Хесс, Б.; Шаад, Лоуренс Дж.; Винневиссер, Манфред; Винневиссер, Бренда П. (1989). «Изомеры CHNO». Химические отчеты . 122 (4): 753–766. дои : 10.1002/cber.19891220425 .

[11] Колтуп, Норман Б.; Дейли, Лоуренс Х.; Виберли, Стивен Э. (1990). Введение в инфракрасную и рамановскую спектроскопию . Академическое издательство (Эльзевир). ISBN 978-0-12-182554-6 .

[12] «Изоциановая кислота» . Национальный институт стандартов и технологий (Министерство торговли США) . Проверено 20 апреля 2023 г.

[13] 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 .

[eEROS-14] Перейти обратно: ^а ^б А.С. Нарула, К. Рамачандран «Изоциановая кислота» в Энциклопедии реагентов для органического синтеза, 2001, John Wiley & Sons, Нью-Йорк. doi : 10.1002/047084289X.ri072m Дата публикации статьи в Интернете: 15 апреля 2001 г.

[15] Нельсон, Дж. (1970) Комплексы изоциановой кислоты с водородными связями: инфракрасные спектры и термодинамические измерения. Spectrochimica Acta Часть A: Молекулярная спектроскопия 26,109-120.

[16] Джакокс, Мэн; Миллиган, Делавэр (1964). «Низкотемпературное инфракрасное исследование промежуточных продуктов фотолиза HNCO и DNCO». Журнал химической физики . 40 (9): 2457–2460. Бибкод : 1964JChPh..40.2457J . дои : 10.1063/1.1725546 .

[17] Фишер, Г.; Гейт, Дж.; Клапотке, ТМ; Крумм Б. (2002). «Синтез, свойства и исследование димеризации изоциановой кислоты» (PDF) . З. Натурфорш . 57б (1): 19–25. дои : 10.1515/znb-2002-0103 . S2CID 37461221 .

[18] Прейдт, Роберт. «Химические вещества в дыме могут представлять опасность для здоровья» . MyOptumHealth . AccuWeather . Проверено 14 сентября 2011 г.

[1]

[4]

[2]

[3]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]