Мочевина

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Карбамид»)
Перейти к навигации Перейти к поиску
Мочевина
Изображение химической структуры Изображение молекулярной модели
Общие
Систематическое
наименование
Диамид угольной кислоты
Традиционные названия Мочевина, карбамид
Хим. формула (NH2)2CO
Физические свойства
Состояние белые кристаллы
Молярная масса 60.07 г/моль
Плотность 1,32 г/см³
Термические свойства
Температура
 • плавления 132.7 °C
 • кипения с разложением 174 °C
Энтальпия
 • образования -333,3 кДж/моль
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты 0,18 [1]
Растворимость
 • в воде 51,8 (20 °C)
Классификация
Рег. номер CAS 57-13-6
PubChem
Рег. номер EINECS 200-315-5
SMILES
InChI
Кодекс Алиментариус E927b
RTECS YR6250000
ChEBI 16199
ChemSpider
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Мочеви́на (карбамид, урея) — химическое соединение, диамид угольной кислоты. Белые кристаллы, растворимые в полярных растворителях (воде, этаноле, жидком аммиаке).

Исторические сведения[править | править код]

Впервые была обнаружена в моче. Особое значение мочевине в истории органической химии придал факт её синтеза из неорганических веществ Фридрихом Вёлером в 1828 году[2]:

Это превращение является первым синтезом органического соединения из неорганического. Вёлер получил мочевину нагревом цианата аммония, полученного реакцией взаимодействия цианата калия с сульфатом аммония. Это событие нанесло первый удар по витализму — учению о жизненной силе[3][4].

Физические свойства[править | править код]

Бесцветные кристаллы без запаха, кристаллическая решётка тетрагональная сингония (а = 0,566 нм, b = 0,4712 нм, c = 2); претерпевает полиморфные превращения кристаллов.

Мочевина хорошо растворима в полярных растворителях (воде, жидком аммиаке и сернистом ангидриде), при снижении полярности растворителя растворимость падает. Мочевина нерастворима в неполярных растворителях (алканах, хлороформе).

Растворимость ( % масс.):

Химические свойства[править | править код]

При нагревании до 150 °C обратимо переходит в цианат аммония, который также разлагается на аммиак и изоциановую кислоту:

Данное свойство применяется для лабораторного получения цианатов калия и натрия, путём сплавления мочевины с соответствующими карбонатами или гидроксидами:

Карбонат аммония нестабилен и разлагается на углекислый газ, воду и аммиак, потому, общую реакцию можно записать так:

Несмотря на это, мочевина также может разлагаться с образованием различных продуктов, например, биурета.[5]

Нуклеофильность[править | править код]

Реакционная способность мочевины типична для амидов: оба атома азота являются нуклеофилами, то есть мочевина образует соли с сильными кислотами, нитрование с образованием N-нитромочевины, галогенируется с образованием N-галогенпроизводных. Мочевина алкилируется, образуя соответствующие N-алкилмочевины , взаимодействует с альдегидами, образуя производные 1-аминоспиртов .

В жёстких условиях мочевина ацилируется хлорангидридами карбоновых кислот с образованием уреидов (N-ацилмочевин):

.

Взаимодействие мочевины с дикарбоновыми кислотами и их производными (сложными эфирами и т. п.) ведёт к образованию циклических уреидов и широко используется в синтезе гетероциклических соединений; так, взаимодействие с щавелевой кислотой ведёт к парабановой кислоте, а реакция с эфирами замещённых малоновых кислот — к 1,3,5-триоксипиримидинам — производным барбитурата, широко применявшимся в качестве снотворных препаратов:

В водном растворе мочевина гидролизуется с образованием аммиака и углекислого газа, что обуславливает её применения в качестве минерального удобрения.

Электрофильность[править | править код]

Карбонильный атом углерода в мочевине слабоэлектрофилен, однако спирты способны вытеснять из мочевины аммиак, образуя уретаны:

.

К этому же классу реакций относится взаимодействие мочевины с аминами, ведущее к образованию алкилмочевин:

.

и реакция с гидразином с образованием семикарбазида:

образование при нагревании биурета .

Комплексообразование[править | править код]

Мочевина образует комплексы — включения (клатраты) со многими соединениями, например с перекисью водорода , используемой как удобная и безопасная форма «сухого» пероксида водорода (гидроперит). Способность мочевины образовывать комплексы включения с алканами используется для депарафинизации нефти. Причём мочевина образует комплексы только с Н-алканами, ибо разветвлённые углеводородные цепи не могут пройти в цилиндрические каналы кристаллов мочевины[6].

Недавно обнаружена способность мочевины образовывать глубокоэвтектические растворы[en] при смешении с хлоридом холина, хлоридом цинка и некоторыми другими веществами[7]. Такие смеси имеют температуру плавления заметно ниже по сравнению с исходными веществами (часто даже ниже комнатной температуры).

Биологическое значение[править | править код]

Мочевина является конечным продуктом метаболизма белка у млекопитающих и некоторых рыб.

Производные нитрозомочевин находят применение в фармакологии в качестве противоопухолевых препаратов.

Концентрация мочевины определяется в биохимическом анализе крови и мочи. Нормы для сыворотки крови человека:

  • дети до 14 лет — 1,8—6,4 ммоль/л
  • взрослые до 60 лет — 2,5—8,32 ммоль/л
  • взрослые старше 60 лет — 2,9—7,5 ммоль/л

Экскреция мочевины с мочой у здорового взрослого человека составляет 26–43 г/сут (430–720 ммоль/сут)[8]. Данное исследование используется для оценки азотистого баланса и суточной потребности в белке и энергии.

Промышленный синтез и использование[править | править код]

Ежегодное производство мочевины в мире составляет примерно 100 миллионов тонн[9].

В промышленности мочевина синтезируется реакцией Базарова из аммиака и углекислого газа при температуре 130—140 °C и давлении 200 атм.[10]:

.

По этой причине производства мочевины совмещают с аммиачными производствами.

Карбамид следует изготовлять в соответствии с требованиями ГОСТ 2081-2010.

Мочевина является крупнотоннажным продуктом, используемым в основном как азотное удобрение (содержание азота 46 %), и выпускается, в этом качестве, в устойчивом к слёживанию гранулированном виде.

Другим важным промышленным применением мочевины является синтез мочевино-альдегидных (в первую очередь мочевино-формальдегидных) смол, широко использующихся в качестве адгезивов в производстве древесно-волокнистых плит (ДВП) и мебельном производстве. Производные мочевины — эффективные гербициды.

Мочевина применяется для очистки от оксидов азота в SCR-катализаторе выхлопных газов в дизельных двигателях внутреннего сгорания[11] для того, чтобы достичь предельного соответствия чистоты выхлопных газов нормативам Euro-4, Euro-5 и Euro-6, также в газоочистных установках ТЭС, котельных, мусоросжигательных заводов и т. п. по следующей реакции:

,
.

Суммарный процесс:


Карбамид зарегистрирован в качестве пищевой добавки E927b. Используется, в частности, в производстве жевательной резинки.

В медицинской практике в косметологии входит в состав крема для ног[12].

Удобрение[править | править код]

Мочевина содержит 46,63 % азота по массе. Бактерии выделяют фермент уреазу, который катализирует превращение мочевины в аммиак и углекислый газ.

.

Аммиак далее окисляется бактериями рода Nitrosomonas в нитрит:

.

Далее бактерии рода Nitrobacter окисляют нитрит в нитрат:

.

Растения поглощают из почвы ионы аммония и нитрат-ионы.

Качественная реакция[править | править код]

Для обнаружения мочевины используют появление жёлто-зелёного окрашивания при взаимодействии определяемого раствора с п-диметил-аминобензальдегидом в присутствии соляной кислоты. Предел обнаружения 2 мг/л.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Химическое равновесие. Свойства растворов. Раздел 1. chemanalytica.com. Дата обращения: 21 февраля 2016. Архивировано 20 сентября 2016 года.
  2. Nicolaou, K.C., Montagnon, T. Molecules That Changed The World. — Wiley-VCH, 2008. — С. 11. — ISBN 978-3-527-30983-2.
  3. Galatzer-Levy, R. M. (1976) «Psychic Energy, A Historical Perspective.» Ann Psychoanal 4:41-61 [1] Архивная копия от 21 июля 2012 на Wayback Machine
  4. Витализм и его опровержение. Дата обращения: 11 сентября 2015. Архивировано 4 марта 2016 года.
  5. Steffen Tischer, Marion Börnhorst, Jonas Amsler, Günter Schoch, Olaf Deutschmann. Thermodynamics and reaction mechanism of urea decomposition (англ.) // Physical Chemistry Chemical Physics. — 2019. — Vol. 21, iss. 30. — P. 16785–16797. — doi:10.1039/C9CP01529A.
  6. Нейланд О. Я. Органическая химия: Учебник для химических специальностей вузов.— Москва: Высшая школа, 1990. — с. 645—646.
  7. Emma L. Smith, Andrew P. Abbott, Karl S. Ryder. Deep Eutectic Solvents (DESs) and Their Applications // Chemical Reviews. — 2014-11-12. — Т. 114, вып. 21. — С. 11060—11082. — ISSN 0009-2665. — doi:10.1021/cr300162p.
  8. Urea - DiaSys Diagnostic Systems GmbH. Дата обращения: 7 февраля 2020. Архивировано 7 февраля 2020 года.
  9. J. H. Meessen, H. Petersen. "Urea" // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Weinheim: Wiley-VCH, 2002. — doi:10.1002/14356007.a27_333.
  10. Мельников Б.П., Кудрявцева И.А. Производство мочевины. — М.: Химия, 1965. — P. 61.
  11. Чем грозит автоиндустрии череда топливных скандалов: Мировой бизнес: Бизнес: Lenta.ru. Дата обращения: 3 июня 2016. Архивировано 3 июня 2016 года.
  12. Крем для ног с мочевиной — виды, как выбрать. Журнал NAILS (9 августа 2019). Дата обращения: 18 июля 2020. Архивировано 19 июля 2020 года.

Источники[править | править код]

Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник: Справ. изд./ Под ред. А. А. Потехина и А. И. Ефимова. — 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Химия, 1991. — 432 с. ISBN 5-7245-0703-X