Карбаминовая кислота
| Карбаминовая кислота | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| |||
| Общие | |||
| Систематическое наименование |
Карбаминовая кислота | ||
| Хим. формула | СH3NO2 | ||
| Рац. формула | NH2COOH | ||
| Физические свойства | |||
| Молярная масса | 61,040[1] г/моль | ||
| Классификация | |||
| Рег. номер CAS | 463-77-4 | ||
| PubChem | 277 | ||
| SMILES | |||
| InChI | |||
| ChEBI | 28616 | ||
| ChemSpider | 271 | ||
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
 Медиафайлы на Викискладе | |||
Карбаминовая кислота (аминокарбоновая, аминометановая или аминомуравьиная кислота, моноамид угольной кислоты) — органическая кислота с химической формулой NH2COOH. В свободном состоянии очень неустойчива и при температуре выше 250 K (-23 °C) разлагается на аммиак и углекислый газ[2], а в присутствии воды также образуется карбонат аммония. Её соли и сложные эфиры систематически называют карбаматами, сложные эфиры часто также называют уретанами.
В чистом виде не выделена. При пропускании сухих СО2 и NH3 через абсолютный спирт при охлаждении осаждается карбаминово-аммиачная соль NH2COONH4 в виде кристаллического порошка, которая тоже весьма неустойчива и разлагается при температурах заметно ниже 0 °C, хотя её и можно выделить с свободном виде[3]. Побочным продуктом в этой же реакции получается и сама карбаминовая кислота. В твёрдой фазе она, по-видимому, состоит из димеров, причем две молекулы соединены водородными связями между двумя карбоксильными группами -COOH, а не посредством взаимодействия групп -NH2 и -COOH, как в аминокислотах[4].
Строение[править | править код]
Карбаминовую кислоту можно рассматривать как молекулу, содержащую в своём составе аминогруппу и карбоксильную группу, и, следовательно, как аминокислоту[2]; однако присоединение карбоксильной группы -COOH непосредственно к атому азота без какой-либо промежуточной углеродной цепи заставляет ее вести себя совсем не так, как аминокислоты с промежуточной углеродной цепью. Поэтому простейшей аминокислотой считается глицин NH2CH2COOH. Гидроксильная группа -ОН, присоединенная к углероду, также исключает ее из класса амидов.
Термин «карбаминовая кислота» также используется в общем для любых соединений формы RR’NCOOH, где R и R' представляют собой органические группы или водород[5].
Структура[править | править код]
Карбаминовая кислота представляет собой плоскую молекулу[6].
Аминогруппа карбаминовой кислоты, в отличие от большинства аминов, не протонируется до аммонийной группы NH+
3-. Цвиттер-ионная форма H3N+−COO− очень нестабильна и быстро разлагается на аммиак и диоксид углерода[7], однако есть сообщение о его обнаружении во льдах, облученных протонами высокой энергии[6].
Производные[править | править код]
Известны соли с неорганическим катионом, в частности аммонийная соль, соли щелочных и щёлочноземельных элементов[3].
Хлорангидрид карбаминовой кислота кислоты CO(NH2)Cl получается при действии сухого хлороводорода на циановокислые соли:
AgCNO + 2HCl = AgCl + CO(NH2)Cl
или при действии фосгена на нашатырь при нагревании:
COCl2 + NH4Cl = CO(NH2)Cl + 2HCl.
Хлорангидрид представляет собой жидкость с резким запахом, иногда образует призматические кристаллы с температурой плавления 50 °С и температурой кипения 60-62 °С, разлагаясь при кипении на хлороводород и циановую кислоту, которые при охлаждении вновь соединяются, но лишь отчасти, так как главная масса циановой кислоты превращается при этом в циамелид. Постепенное превращение в циамелид с потерей HCl происходит и при хранении при комнатной температуре. Водой хлорангидрид энергично разлагается на углекислоту и нашатырь[3].
Карбаминовая кислота формально является исходным соединением для нескольких важных семейств органических соединений:
-
карбаминовые кислоты -
карбамат-анионы -
карбаматы или уретаны -
карбамоилхлориды
Карбаминовые кислоты[править | править код]
Многие замещенные карбаминовые кислоты (RHNCOOH или RR’NCOOH) можно легко синтезировать путем пропускания диоксида углерода через раствор соответствующего амина (RNH2 или RR’NH, соответственно) в соответствующем растворителе, таком как диметилсульфоксид или сверхкритический диоксид углерода[5]. Эти карбаминовые кислоты обычно нестабильны при комнатной температуре и превращаются в исходный амин и двуокись углерода[8].
Уретаны[править | править код]
В отличие от карбаминовых кислот, сложные эфиры карбаминовой кислоты обычно стабильны при комнатной температуре. Их получают реакцией карбамоилхлоридов со спиртами, добавлением спиртов к изоцианатам и реакцией карбонатных эфиров с аммиаком[9]. Метилкарбамат и этилкарбамат являются одними из простейших примеров и исторически использовались в текстильной промышленности, оба в настоящее время считаются канцерогенами. Также известен бензилкарбамат.
Нахождение в природе[править | править код]
Фермент карбаматкиназа, участвующий в нескольких метаболических путях живых организмов, катализирует образование карбамоилфосфата H2N−C(=O)−O−PO32−:
Одна молекула гемоглобина может переносить четыре молекулы углекислого газа в легкие в виде карбаматных групп, образующихся в результате реакции CO2 с четырьмя концевыми аминогруппами дезоксиформы. Полученное соединение называется карбгемоглобин.
Он играет роль метаболита кишечной палочки[1].
Образование метаболитов карбаматглюкуронидов было описано для многих фармацевтических препаратов, и они были идентифицированы у всех видов, обычно используемых в исследованиях метаболизма лекарств (крыса, собака, мышь, кролик, морская свинка и человек). Не было выявлено явной видовой специфичности их образования и предпочтения аминов 1-й или 2-й степени. В литературе также описано много биологических реакций, включающих реакцию СО2 с аминогруппами биомолекул. Например, СО2, образующийся при клеточном дыхании, частично выводится за счет обратимого образования карбамата между СО2 и -аминогруппами альфа- и бета-цепей гемоглобина[1].
Имеются предпосылки к её наличию в молекулярных облаках межзвёздной среды[4].
Применение[править | править код]
Промышленность[править | править код]
Карбаминовая кислота является промежуточным продуктом в промышленном производстве мочевины, которая включает реакцию двуокиси углерода и аммиака[10].
- CO2 + NH3 → H2NCOOH
- H2NCOOH + NH3 → CO(NH2)2 + H2O
Медицина[править | править код]
Некоторые сложные эфиры карбаминовой кислоты используются в качестве миорелаксантов, в том числе эмилкамат, фенпробамат, стирамат и другие. Они связываются с барбитуратным участком рецептора ГАМКA[11].
Инсектициды[править | править код]
Было разработано несколько инсектицидов на основе карбаминовой кислоты; например, алдикарб, севин, карбофуран[12].
Органический синтез[править | править код]
Аминогруппа может быть защищена от нежелательных реакций путём образования карбаматной защитной группы -NHC(=O)-OR. При гидролизе сложноэфирной связи образуется карбаминовая кислота -NHC(= O)OH, которая затем теряет двуокись углерода с получением желаемого амина.
Токсичность[править | править код]
Карбаминовая кислота иногда обнаруживается в виде карбамата у рабочих, подвергшихся воздействию пестицидов. Карбаматы, особенно карбофуран, по-видимому, больше связаны с обильной и разнообразной симптоматикой воздействия пестицидов, чем органофосфаты. Неврологические симптомы возникают у фермеров, подвергающихся профессиональному воздействию инсектицидов, ингибирующих ацетилхолинэстеразу, таких как карбаматы. Продукты карбаминовой кислоты нескольких аминов, таких как бета-N-метиламино-L-аланин (БМАА), этилендиамин и L-цистеин, были причастны к токсичности. Исследования показали, что значительная часть аминосоединений в биологических образцах (которые естественным образом содержат CO2/бикарбонат) могут присутствовать в виде карбаминовой кислоты[1].
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 3 4 PubChem. Carbamic acid (англ.). pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. Дата обращения: 2 апреля 2023. Архивировано 2 апреля 2023 года.
- ↑ 1 2 Benno Krieg. Chemie für Mediziner und Studierende anderer life sciences. — 7. Aufl. mit CD-ROM. — Berlin, 2004. — С. 281. — XV, 393 S с. — ISBN 978-3-11-017999-6, 3-11-017999-7.
- ↑ 1 2 3 Карбаминовая кислота. www.brocgaus.ru. Дата обращения: 2 апреля 2023. Архивировано 2 апреля 2023 года.
- ↑ 1 2 J. B. Bossa, P. Theulé, F. Duvernay, F. Borget, T. Chiavassa. Carbamic acid and carbamate formation in NH3:CO2 ices – UV irradiation versus thermal processes (англ.) // Astronomy & Astrophysics. — 2008-12. — Vol. 492, iss. 3. — P. 719–724. — ISSN 1432-0746 0004-6361, 1432-0746. — doi:10.1051/0004-6361:200810536.
- ↑ 1 2 Z.J. Dijkstra, A.R. Doornbos, H. Weyten, J.M. Ernsting, C.J. Elsevier, J.T.F. Keurentjes. Formation of carbamic acid in organic solvents and in supercritical carbon dioxide (англ.) // The Journal of Supercritical Fluids. — 2007-05. — Vol. 41, iss. 1. — P. 109–114. — doi:10.1016/j.supflu.2006.08.012. Архивировано 15 ноября 2022 года.
- ↑ 1 2 R. K. Khanna, M. H. Moore. Carbamic acid: molecular structure and IR spectra (англ.) // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. — 1999-05-01. — Vol. 55, iss. 5. — P. 961–967. — ISSN 1386-1425. — doi:10.1016/S1386-1425(98)00228-5.
- ↑ Y.-J. Chen, M. Nuevo, J.-M. Hsieh, T.-S. Yih, W.-H. Sun, W.-H. Ip, H.-S. Fung, S.-Y. Chiang, Y.-Y. Lee, J.-M. Chen, C.-Y. R. Wu. Carbamic acid produced by the UV/EUV irradiation of interstellar ice analogs // Astronomy & Astrophysics. — 2007-03. — Т. 464, вып. 1. — С. 253–257. — ISSN 1432-0746 0004-6361, 1432-0746. — doi:10.1051/0004-6361:20066631.
- ↑ Thomas L. Lemke. Review of organic functional groups : introduction to medicinal organic chemistry. — 4th ed. — Baltimore, MD: Lippincott Williams & Wilkins, 2003. — С. 63. — x, 156 pages с. — ISBN 0-7817-4381-8, 978-0-7817-4381-5.
- ↑ Peter Jäger, Costin N. Rentzea, Heinz Kieczka. Carbamates and Carbamoyl Chlorides. — Sixth edition. — Weinheim, Germany, 2002. — 1 online resource (40 volumes) с. — ISBN 978-3-527-30673-2, 3-527-30673-0. Архивировано 2 апреля 2023 года.
- ↑ Jozef H. Meessen, Harro Petersen. Urea (англ.) // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry / Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. — Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2000-06-15. — P. a27_333. — ISBN 978-3-527-30673-2. — doi:10.1002/14356007.a27_333. Архивировано 2 апреля 2023 года.
- ↑ Charles Owens Wilson, Ole Gisvold. Wilson and Gisvold's Textbook of Organic Medicinal and Pharmaceutical Chemistry. — Lippincott Williams & Wilkins, 2004. — С. 495. — 1016 с. — ISBN 978-0-7817-3481-3.
- ↑ J F Risher, F L Mink, J F Stara. The toxicologic effects of the carbamate insecticide aldicarb in mammals: a review. // Environmental Health Perspectives. — 1987-06. — Т. 72. — С. 267–281. — ISSN 0091-6765. Архивировано 2 апреля 2023 года.