stringtranslate.com

Циануровая кислота

Циануровая кислота или 1,3,5-триазин-2,4,6-триол — это химическое соединение с формулой (CNOH) 3 . Как и многие промышленные химикаты, этот триазин имеет много синонимов. Это белое, не имеющее запаха твердое вещество находит применение в качестве прекурсора или компонента отбеливателей , дезинфицирующих средств и гербицидов . В 1997 году мировое производство составило 160 000 тонн . [2]

Свойства и синтез

Характеристики

Циануровую кислоту можно рассматривать как циклический тример неуловимого химического вида циановой кислоты , HOCN. Кольцо может легко взаимопревращаться между несколькими структурами посредством лактам-лактимной таутомерии . Хотя триольный таутомер может иметь ароматический характер, кето-форма преобладает в растворе. [3] Гидроксильные группы (-ОН) принимают фенольный характер. Депротонирование основанием дает ряд циануратных солей :

[C(O)NH] 3 ⇌ [C(O)NH] 2 [C(O)N] − + H + (pK a = 6,88) [4]
[C(O)NH] 2 [C(O)N] − ⇌ [C(O)NH][C(O)N] 2 2− + H + (pK a = 11,40)
[C(O)NH][C(O)N] 2 2− ⇌ [C(O)N] 3 3− + H + (pK a = 13,5)

Циануровая кислота известна своим сильным взаимодействием с меламином , образуя нерастворимый цианурат меламина . Это взаимодействие фиксирует циануровую кислоту в три-кето -таутомере . Цианурат меламина приводится в качестве примера супрамолекулярной химии . [5]

Синтез

Циануровая кислота (CYA) была впервые синтезирована Фридрихом Вёлером в 1829 году путем термического разложения мочевины и мочевой кислоты . [6] Текущий промышленный путь получения CYA подразумевает термическое разложение мочевины с выделением аммиака . Превращение начинается примерно при 175 °C: [2]

3 H 2 N-CO-NH 2 → [C(O)NH] 3 + 3 NH 3

CYA кристаллизуется из воды в виде дигидрата.

Циануровая кислота может быть получена путем гидролиза сырого или отработанного меламина с последующей кристаллизацией . Кислотные отходы с заводов, производящих эти материалы, содержат циануровую кислоту и иногда растворенные аминозамещенные триазины, а именно аммелин , аммелид и меламин. В одном методе раствор сульфата аммония нагревают до «кипения» и обрабатывают стехиометрическим количеством меламина, в результате чего присутствующая циануровая кислота выпадает в осадок в виде комплекса меламин-циануровая кислота . Различные отходы, содержащие циануровую кислоту и аминозамещенные триазины, могут быть объединены для утилизации, и во время аварийных ситуаций нерастворенная циануровая кислота может присутствовать в отходах . [7] [8]

Промежуточные продукты и примеси

Промежуточные продукты дегидратации включают изоциановую кислоту , биурет и триурет :

H2N -CO-NH2 → HNCO + NH3
H 2 N-CO-NH 2 + HNCO → H 2 N-CO-NH-CO-NH 2
H 2 N-CO-NH-CO-NH 2 + HNCO → H 2 N-CO-NH-CO-NH-CO-NH 2

Когда температура превышает 190 °C, в процессе начинают преобладать другие реакции.

Первое появление аммелина происходит до 225 °C и, как предполагается, также происходит в результате разложения биурета, но образуется с меньшей скоростью, чем CYA или аммелид.

3 H 2 N-CO-NH-CO-NH 2 → [C(O)] 2 (CNH 2 )(NH) 2 N + 2 NH 3 + H 2 O

Меламин, [C(NH 2 )N] 3 , образуется при температуре 325–350 °C и только в очень малых количествах. [9]

N-замещенные изоцианураты из изоцианатов

N-замещенные изоцианураты могут быть синтезированы путем тримеризации изоцианатов . Это используется в промышленности при образовании полиизоциануратов .

Приложения

Циануровая кислота используется в качестве стабилизатора/буфера хлора в плавательных бассейнах . Она связывается со свободным хлором и медленно его высвобождает, увеличивая время, необходимое для истощения каждой дозы дезинфицирующего средства . Между кислотой со свободным хлором и его хлорированной формой существует химическое равновесие. [10]

Прекурсоры хлорированных циануратов

Циануровая кислота в основном используется как предшественник N - хлорированных циануратов, которые используются для дезинфекции воды. Дихлорпроизводное получают прямым хлорированием:

[C(O)NH] 3 + 2Cl2 + 2NaOH → [C(O)NCl]2 [ C ( O ) NH ] + 2NaCl +  2H2O

Этот вид обычно преобразуется в его натриевую соль, дихлор-s-триазинтрион натрия . Дальнейшее хлорирование дает трихлоризоциануровую кислоту , [C(O)NCl] 3 . [2]

Эти N -хлоросоединения служат дезинфицирующими средствами и альгицидами для воды в бассейне. [2] Вышеупомянутое равновесие стабилизирует хлор в бассейне и предотвращает быстрое поглощение хлора солнечным светом . [10]

Прекурсоры сшивающих агентов

Благодаря своей трифункциональности CYA является предшественником сшивающих агентов , особенно для полиуретановых смол и полиизоциануратных термореактивных пластмасс .

Экспериментальный противоопухолевый препарат тероксирон (триглицидилизоцианурат) образуется путем реакции циануровой кислоты с 3 эквивалентами эпихлоргидрина . Он работает путем сшивания ДНК. [11]

Анализ

Тестирование концентрации циануровой кислоты обычно проводится с помощью турбидиметрического теста , в котором для осаждения циануровой кислоты используется реагент меламин. Относительная мутность прореагировавшего образца количественно определяет концентрацию CYA. Упомянутый в 1957 году, этот тест [12] работает, потому что меламин соединяется с циануровой кислотой в воде, образуя мелкий, нерастворимый, белый осадок ( цианурат меламина ), который вызывает помутнение воды пропорционально количеству циануровой кислоты в ней. Совсем недавно был разработан чувствительный метод анализа циануровой кислоты в моче . [13]

Корм для животных

FDA допускает присутствие определенного количества циануровой кислоты в некоторых добавках небелкового азота (NPN), используемых в кормах для животных и питьевой воде . [14] Циануровая кислота использовалась в качестве NPN. Например, Archer Daniels Midland производит добавку NPN для крупного рогатого скота, которая содержит биурет, триурет, циануровую кислоту и мочевину . [15]

Отзыв кормов для домашних животных в 2007 году

Циануровая кислота замешана в отзывах кормов для домашних животных в 2007 году , загрязнении и широком отзыве многих марок кормов для кошек и собак, начавшихся в марте 2007 года. Исследования обнаружили доказательства того, что циануровая кислота, входящая в состав мочи, вместе с меламином образует плохо растворимые кристаллы, которые могут вызвать почечную недостаточность (см. раздел «Анализ» выше).

Безопасность

Циануровая кислота классифицируется как «практически нетоксичная». [2] 50%-ная пероральная медианная летальная доза ( LD 50 ) составляет 7700 мг/кг для крыс. [16]

Однако, когда циануровая кислота присутствует вместе с меламином (который сам по себе является еще одним малотоксичным веществом), она образует нерастворимый и довольно нефротоксичный комплекс [17] , как это было доказано у собак и кошек во время загрязнения корма для домашних животных в 2007 году и у детей во время китайского молочного скандала 2008 года .

Естественное явление

Нечистая медная соль кислоты с формулой Cu(C 3 N 3 O 3 H 2 ) 2 (NH 3 ) 2 в настоящее время является единственным известным изоциануратным минералом, называемым йоаннеумитом . Он был найден в месторождении гуано в Чили . Он очень редок. [18]

Ссылки

  1. ^ ab Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. стр. 733. doi :10.1039/9781849733069-FP001. ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. ^ abcde Клаус Хутмахер, Дитер Мост "Циануровая кислота и цианурхлорид" Энциклопедия промышленной химии Ульмана 2005, Wiley-VCH, Вайнхайм. doi 10.1002/14356007.a08 191
  3. ^ Перес-Манрикес, Лилиана; Кабрера, Армандо; Сансорес, Луис Энрике; Сальседо, Роберто (7 сентября 2010 г.). «Ароматичность циануровой кислоты». Журнал молекулярного моделирования . 17 (6): 1311–1315. дои : 10.1007/s00894-010-0825-2. ПМК 3102184 . ПМИД  20820829. Значок открытого доступа
  4. ^ "Константы диссоциации органических кислот и оснований" CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005 (85-е изд.)
  5. ^ Лен, Дж. М. (1995). Супрамолекулярная химия: понятия и перспективы . Вайнхайм: ВЧ.
  6. ^ Велер, Ф. (1829) «Ueber die Zersetzung des Harnstoffs und der Harnsäure durch höhere Temperatur» (О разложении мочевины и мочевой кислоты при более высокой температуре), Annalen der Physik und Chemie , 2-я серия, 15  : 619-630 .
  7. ^ "Процесс получения чистой циануровой кислоты". 14 июля 1981 г. Получено 10 декабря 2007 г.
  8. ^ "Процесс термического гидролиза под высоким давлением для разложения триазинов в потоках кислых отходов". 22 марта 1977 г. Получено 10 декабря 2007 г.
  9. ^ Shaber, Peter M.; et al. (август 1999). "Изучение реакции термического разложения мочевины (пиролиза) и ее значение для производства циануровой кислоты" (PDF) . American Laboratory : 13–21. Архивировано из оригинала (PDF) 2007-09-28 . Получено 2007-05-08 .
  10. ^ ab "Что такое стабилизатор пула". 2021-05-18 . Получено 2022-07-27 .
  11. ^ М. Будновски, Ангью. Chem., 7, 827 (1968).
  12. ^ "Merck Turbidity Test". Merck . 6 июня 2003 г. Архивировано из оригинала 1 июля 2007 г. Получено 2007-05-06 .(ссылка не работает 8 апреля 2018 г.)
  13. ^ Panuwet P, Wade EL, Nguyen JV, Montesano MA, Needham LL, Barr DB. Количественное определение остатков циануровой кислоты в моче человека с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии-тандемной масс-спектрометрии. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci 2010 878(28):2916-2922.
  14. ^ "21CFR573.220 Биурет кормового назначения". Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США . 1 апреля 2006 г. Получено 06.05.2007 г.
  15. ^ "Roughage Buster Plus: ингредиенты". Archer Daniels Midland . Архивировано из оригинала 2007-02-12 . Получено 2007-05-06 .
  16. ^ Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США , «Промежуточная оценка безопасности/риска меламина и аналогов; доступность», Архивировано 16 декабря 2007 г. в Федеральном реестре Wayback Machine : 30 мая 2007 г. (том 72, номер 103). Доступ 27 сентября 2008 г.
  17. ^ «Взаимодействие меламина и циануровой кислоты может играть роль в заболевании и смерти от отозванного корма для домашних животных». Архивировано 18 мая 2007 г. на Wayback Machine , Американская ветеринарная медицинская ассоциация (AVMA), пресс-релиз, 1 мая 2007 г. Доступ получен 27 сентября 2008 г.
  18. ^ Миндат, http://www.mindat.org/min-42755.html.

Внешние ссылки