Κυαναμίδιο

Κυαναμίδιο
Γενικά
Όνομα IUPAC Αμινομεθανονιτρίλιο
Κυαναμίδιο
Άλλες ονομασίες Αμινοκυάνιο
Καρβαμονιτρίλιο
Κυαναμίνη
Κυαναζάνιο
Κυαναμίδιο
Κυανονιτρίδιο
Διιμινομεθάνιο (ταυτομερές)
Υδροκυαναμίδιο
Μεθανοδιιμίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος CH2N2
Μοριακή μάζα 42,040 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος		 Ν≡CNH2
Αριθμός CAS 420-04-2
SMILES N#CN
InChI 1S/CH2N2/c2-1-3/h2H2
Αριθμός EINECS 206-992-3
Αριθμός RTECS GS5950000
Αριθμός UN 2811
PubChem CID 9864
ChemSpider ID 9480
Δομή
Ισομέρεια
Ισομερή θέσης 3+1 ταυτομερές
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης 44 °C
Σημείο βρασμού 260 °C (διάσπαση)
83 °C (6,7 Pa)
140 °C (2,5 kPa)
Πυκνότητα 1.280 kg/m³
Διαλυτότητα
στο νερό		 850 kg/m³
Εμφάνιση Κρυσταλλικό στερεό
Χημικές ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης		 141 °C
Αυτοϊσομερίωση ναι
Επικινδυνότητα
Τοξικό (T)
Φράσεις κινδύνου 20, 25, 27, 36/38, 43
Φράσεις ασφαλείας (1/2), 3, 22, 36/37, 45
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704

1
4
3
 
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το κυαναμίδιο[1] (αγγλικά: cyanamide) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και άζωτο, με μοριακό τύπο CH2N2 και ημισυντακτικό τύπο Ν≡CNH2. Στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος είναι λευκό κρυσταλλικό στερεό. Χρησιμοποιείται ευρέως στη γεωργία και ως πρόδρομη ένωση για την παραγωγή φαρμακευτικών και άλλων οργανικών ενώσεων. Επίσης, χρησιμοποιείται ως αποτρεπτικό φάρμακο αλκοολισμού σε Καναδά, Ευρώπη και Ιαπωνία.Το μόριό του αποτελείται από μια κυανομάδα (CN) που συνδέεται με μια αμινομάδα (ΝΗ2). Ο όρος «κυαναμίδιο» επεκτείνεται και πέραν της «μητρικής» ένωσης, σε μια ομάδα «θυγατρικών» της. Το πιο κοινό από αυτά είναι το κυαναμίδιο του ασβεστίου (CaCN2).

Ταυτομέρεια και αυτοπολυμερισμός

Περιέχοντας και μια πυρηνόφιλη και μια ηλεκτρονιόφιλη ομάδα μέσα στο ίδιο μόριο, το κυαναμίδιο μετέχει σε διάφορες αντιδράσεις με τον εαυτό του.

Το κυαναμίδιο υπάρχει σε δυο ταυτομερή, ένα από τα οποία είναι η κυαναμίνη (N≡CNH2) η μεθανοδιιμίνη (HN=C=NH). Η δομή N≡CNH2 κυριαρχεί, αλλά υπάρχουν κάποιες λίγες αντιδράσεις, όπως η για παράδειγμα σιλυλίωση, στην οποίες εμφανίζεται σημαντικό το διιμίδιο.

Επίσης, το κυαναμίδιο αυτοδιμερίζεται, δίνοντας τη 2-κυανογουανιδίνη. Αυτή η διεργασία παρεμποδίζεται από τα οξέα και αποτρέπεται σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Υπάρχει και ένα κυκλικό τριμερές του κυαναμιδίου, που ονομάζεται μελαμίνη.

Παραγωγή

Το κυαναμίδιο παράγεται με υδρόλυση του κυαναμιδίου του ασβεστίου, που με τη σειρά του παράγεται από το ανθρακασβέστιο (CaC2), μέσω της διεργασίας Φρανκ-Κάρο (Frank-Caro process):

Η μετατροπή γίνεται σε μορφή πολτών. Συνεπώς, το περισσότερο κυαναμίδιο διακινείται εμπορικά σε μορφή υδατικού του διαλύματος. Επίσης, με αντίδραση χλωροκυάνιου (ClCN) με αμμωνία παράγεται, επίσης, κυαναμίδιο, καθώς και το ταυτομερές του καρβοδιιμίδιο:

Χημική συμπεριφορά και εφαρμογές

Το κυαναμίδιο μπορεί να θεωρείται ως ένα λειτουργικό απλό ανθρακούχο θραύσμα που μπορεί να αντιδράσει ως ηλεκτρονιόφιλο ή ως πυρηνόφιλο. Η κύρια αντίδραση που μπορεί να ληφθεί από το κυαναμίδιο περιλαμβάνει αντιδράσεις προσθήκης από ενώσεις που περιέχουν ένα (τουλάχιστον) όξινο πρωτόνιο. Αυτές οι ενώσεις συμπεριλαμβάνουν (μεταξύ άλλων) το νερό, το υδρόθειο και το υδροσελήνιο, που αντιδρούν με το κυαναμίδιο δίνοντας ουρία, θειουρία και σεληνουρία, αντίστοιχα:

Όπου E: O, S, Se.

Με αυτόν τον τρόπο, το κυαναμίδιο συμπεριφέρεται ως αφυδατικό αντιδραστήριο και έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προκαλέσει αντιδράσεις συμπύκνωσης. Οι αλκοόλες, οι θειόλες και οι αμίνες αντιδρούν δίνοντας, αντίστοιχα, αλκυλισοουρίες, ψευδοθειουρίες και γουανιδίνες. Η κιμετιδίνη, που είναι φάρμακο κατά του έλκους, παράγεται με τέτοια αντιδραστικότητα. Συγγενικές αντιδράσεις που εκμεταλλεύονται τη διλειτουργικότητα του κυαναμιδίου δίνουν ετεροκυκλικές ενώσεις, και σε πιο προχωρημένα στάδια, η αντιδραστικότητα αυτή είναι η βάση της παραγωγής αρκετών φαρμακευτικών σκευασμάτων, όπως η αμινοπυριδιμιδίνη ιματινίμπη, αλλά και αγροχημικά, όπως η αμιτρόλη και η εξαζινόνη. Επίσης, το αντιτριχωπτωτικό μινοξιδίλιο και τα ανθελμινθικά αλβενδαζόλη, φλουβενδαζόλη και μεβενδαζόλη χρησιμοποιούν παράγωγα της 2-αμινιμιδαζόλης, που με τη σειρά της παράγεται από το κυαναναμίδιο[2]. Το κυαναμίδιο χρησιμοποιείται, ακόμη, για τη σύνθεση των φαρμάκων τιραπαζαμίνη, ετραβιρίνη, ρεβαπραζάνιο και δασανταφίλιο.

Το ανιόν κυαναμιδίου (HNCN-) έχει χαρακτήρα ψευδοχαλκογόνου, και από αυτήν την άποψη το κυαναμίδιο μπορεί να θεωρείται ανάλογο με το νερό ή το υδρόθειο.

Μια βολική μέθοδος παραγωγής δευτεροταγών αμινών, που δεν περιέχουν προσμείξεις από πρωτοταγείς ή τριτοταγείς, είναι η αντίδραση του κυαναμιδίου με αλκυλαλογονίδια, σχηματίζοντας N,N-διαλκυλοκυαναμίδια, που, με τη σειρά τους, μπορούν εύκολα να υδρολυθούν, σχηματίζοντας διλκυλαμίνες (δηλαδή δευτεροταγείς αμίνες), όταν αποκαρβοξυλιώνονται.[3]

Το κυαναμίδιο δίνει αντιδράσεις προσθήκης, παρουσία N-βρωμοηλεκτριμίδιου, σε αλκενικούς διπλούς δεσμούς. Το προϊόν τέτοιας προσθήκης μετατρέπεται με την επίδραση βάσεων σε N-κυαναζιριδίνη[4], που κυκλοποιείται, με την παρουσία οξέων, σε ιμιδαζολίνες, που μπορούν να αντιδράσουν παραπέρα, σχηματίζοντας βικιναλοδιαμίνες, με αλκαλική διάσπαση.[5]

Το κυαναμίδιο αποτελεί επίσης μια ευέλικτη συνθετική ομάδα για ετεροκυκλικές ενώσεις, σχηματίζοντας ενώσεις όπως το 2-αμινοβενζινμιδαζόλιο, αντιδρώντας με 1,2-διαμινοβενζόλιο[6]. Σχηματίζει, ακόμη, τη γρήγορα διαθέσιμηεναμίνη 4-(1-κυκλοεξανυλ)μορφολίνη[7] και την 2-αμινοθειαζόλη, με καλές αποδόσεις.

Το δικυαναμίδιο του νατρίου είναι διαθέσιμο σε καλές αποδόσεις και υψηλή καθαρότητα από το κυαναμίδιο και το χλωροκυάνιο (ClCN)[8]. Το δικυαναμίδιο του νατρίου είναι κατάλληλο ενδιάμεσο για σύνθεση ενεργών φαρμακευτικών συστατικών.[9] Μια γουανιδινομάδα παράγεται με αντίδραση κυαναμιδίου με σαρκοζίνη, κατά τη βιομηχανική σύνθεση κρεατίνης:[10]reaction equation

Αυτή η συνθετική οδός κυρίως αποφεύγει προβληματικές προσμείξεις, όπως χλωραιθανικό οξύ, ιμινοδιοξικό οξύ ή διυδροτριαζίνη, που υπάρχουν σε άλλες συνθετικές οδούς. Η φυσιολογική πρόδρομη ένωση γουανιδοξικό οξύ παράγεται με ανάλογα, με αντίδραση κυαναμιδίου και γλυκίνης.

Το κυαναμίδιο είναι ένα συνηθισμένο αγροτικό διασπαστικό παρασιτοκτόνων, που χρησιμοποιείται την άνοιξη για να ενισχύσει το ομοιόμορφο άνοιγμα των μπουμπουκιών, για πρώιμη φύλλωση και άνθισμα. Το κυαναμίδιο μπορεί αποτελεσματικά να αντισταθμίσει την έλλειψη μέτριων μονάδων ψύξης, που (τυχόν) συσσωρεύτηκαν το προηγούμενο φθινόπωρο και σώζει τη σοδειά που διαφορετικά θα είχε χαθεί. Αυτό είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό σε ξυλώδη φυτά, όπως μουριές, αμπέλια, μηλιές, ροδακινιές και ακτινιδιές. Φυσικά, υπερδοσολογία, χρήση διαλυμάτων υψηλής συγκέντρωσης και λάθη στο χρόνο εφαρμογής των σχετικών σκευασμάτων μπορεί να βλάψει τα μπουμπούκια, ιδιαίτερα στις ροδακινιές.[11]

Υδατικά διαλύματα 50% σε κυαναμίδιο χρησιμοποιούνται, ακόμη, ως βιοκτόνο, ιδιαίτερα στη χοιροτροφία, γιατί σκοτώνει αποτελεσματικά τη σαλμονέλα και τη σιγκέλα και καταπολεμά τις μύγες, σε όλα τα στάδια της ανάπτυξής τους.[12]

Από τα μέσα της δεκαετίας του 1960 υπάρχουν μέθοδοι που σταθεροποιούν το κυαναμίδιο, με σκοπό να το κάνουν (πιο) διαθέσιμο σε βιομηχανική κλίμακα. Εξαιτίας ισχυρής τάσης για αυτοσυμπὐκνωση σε αλκαλικά περιβάλλοντα, τα διαλύματα κυαναμιδίου σταθεροποιούνται με την προσθήκη 0,5% κατά βάρος δισόξινου φωσφορικού νατρίου (NaHPO4), ως ρυθμιστή pH. Το στερεό κυαναμίδιο παράγεται με προσεκτική εξάτμιση του διαλύτη, ακολουθούμενη προσθήκη ενός αποτρεπτικού υδρόλυσης, (συνήθως) καποιον εστέρα του μεθανικού οξέος. Ο εστέρας απορροφά (τυχόν) ίχνη υγρασίας, αποτρέποντας την υδρόλυση του κυαναμιδίου σε ουρία, και εξουδετερώνει την αλκαλικότητα (για παράδειγμα από τυχόν προσμείξεις αμμωνίας), απελευθερώνοντας (με τη δική του υδρόλυση) μικρές ποσότητες μεθανικού οξέος (παρεμποδίζοντας έτσι αντιδράζεις συμπύκνωσης του κυαναμίδιου).[13]

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις

Το κυαναμίδιο αποικοδομείται μέσω της υδρόλυσής του σε ουρία, που αποτελεί εξαιρετικό λίπασμα. Μύκητες, όπως το Myrothecium verrucaria επιταχύνουν αυτήν τη διεργασία, χρησιμοποιώντας το ένζυμο υδρατάση του κυαναμιδίου.[14]

Ασφάλεια

Το κυαναμίδιο έχει μέτρια τοξικότητα για τους ανθρώπους.[15] Μετά από έκθεση εργαζομένων σε μονάδες παραγωγής ή κατοίκων που ζούνε σε γύρω από περιοχές που έγιναν ψεκασμοί υδροκυαναμιδίου αναφέρθηκαν ερεθισμοί του αναπνευστικού συστήματος, δερματίτιδα επαφής, κεφαλαλγίες, γαστρεντερικά συμπτώματα ναυτίας, έμετος ή και διάρροια.[15]

Πηγές

  • Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, Οργανική Χημεία, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982

Σημειώσεις και αναφορές

  1. ↑ Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. ↑ Thomas Güthner; Bernd Mertschenk (2006). «Cyanamides». Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a08_139.pub2. 
  3. ↑ Jonczyk, A.; Ochal, Z.; Makosza, M.: Reactions of Organic Anions; LXXXV1. Catalytic Two-Phase Alkylation of Cyanamide in Synthesis, 1978, 882–883,
    doi:10.1055/s-1978-24922
    .
  4. ↑ Ponsold, K.; Ihn, W.: Die Addition von cyanamid und Halogen an Olefine ein neues Verfahren zur Darstellung von vic.-Halogencyanaminen und Aziridinen in Tetrahedron Lett. 11 (1970) 1125–1128,
    doi:10.1016/S0040-4039(01)97925-0
    .
  5. ↑ H. Kohn, Sang Hun Jung, J. Am. Chem. Soc., 105, S. 4106 (1983), DOI:10.1021/ja00350a068.
  6. ↑ Angew. Chem. Int. Ed. 12, S. 841 (1973), DOI:10.1002/anie.197308411.
  7. ↑ S. Hünig, E. Lücke, and W. Brenninger (1961), «1-Morpholino-1-Cyclohexene», Org. Synth.: 65, doi:10.15227/orgsyn.041.0065 
  8. ↑ Verfahren zur Herstellung von Natrium-Dicyanamid, veröffentlicht am 10. August 2000, Anmelder: SKW Trostberg AG.
  9. ↑ Lonza: Natriumdicyanamid Αρχειοθετήθηκε 2013-05-23 στο Wayback Machine.
  10. ↑ Deutsche Offenlegungsschrift DE-OS 10 2006 016 227 A1, Offenlegungsdatum: 11. Oktober 2007, Anmelder: Degussa GmbH.
  11. ↑ Powell, A. (1999). Action Program for Dormex Application on Peaches Αρχειοθετήθηκε 2018-06-20 στο Wayback Machine.. Auburn University. Retrieved 2010-05-24.
  12. ↑ AlzChem: ALZOGUR Αρχειοθετήθηκε 2016-03-04 στο Wayback Machine..
  13. ↑ Wehrstedt, K.-D.; Wildner, W.; Güthner, T.; Holzrichter, K.; Mertschenk, B.; Ulrich, A.: Safe transport of cyanamide in J. Hazard. Mat. 170 (2009) 829–835,
    doi:10.1016/j.jhazmat.2009.05.043
    .
  14. ↑ Stransky H and Amberger A (1973). "Isolation and properties of a cyanamide hydratase (EC 4.2.1) from Myrothecium verrucaria". Z. Pflanzenphysiol. 70: 74–87, DOI:10.1016/S0044-328X(73)80049-2.
  15. ↑ 15,0 15,1 «The adverse effects of hydrogen cyanamide on human health: an evaluation of inquiries to the New Zealand National Poisons Centre». Clinical Toxicology (Philadelphia, PA) 472 (1): 58–60. January 2009. doi:10.1080/15563650802459254. PMID 18951270.