мочевина

МОЧЕВИНА (диамид угольной кислоты, карбамид) (NH₂)₂CO

мол. м. 60,06; бесцветные кристаллы без запаха; кристаллич. решетка тетрагон. (а = 0,566 нм, b= 0,4712 нм, z = 2, пространственная группа P42₁m); претерпевает полиморфные превращ.; т. пл. 132,7 °C; плотн. 1330 кг/м³ (25 °C); п_D²⁰ 1,484; C⁰ 93,198 Дж/(моль∙ К); DG⁰_обр −197,3 кДж/моль, DН⁰_обр −333,3 кДж/моль, DН⁰_сгор −632,5 кДж/моль, DН⁰_пл 14,53 кДж/моль, S⁰₂₉₈ 104,67 Дж/(моль∙К); μ 14,0∙10⁻³⁰ Кл∙м (вода, 25 °C); К 1,5∙10⁻¹⁴ (вода, 25 °C). Для расплава плотн. 1225 кг/м³; h 0,00258 Па∙с; g 0,036 Н/м; теплопроводность (135 °C) 0,42 Вт/(м∙К); р 2,3 Ом∙м. Растворимость (г в 100 г растворителя): в воде-51,8 (20 °C), 71,7 (60 °C), 95,0 (120 °C); в жидком NH₃-49,2 (20 °C, 709 кПа), 90 (100 °C, 1267 кПа); в метаноле-22 (20 °C); в этаноле-5,4 (20 °C); в изопропано-ле-2,6 (20 °C); в изобутаноле-6,2 (20 °C); в этилацетате-0,08 (25 °C); не раств. в хлороформе. Молекула М. имеет плоское строение.

М. образует соед. включения с неорг. и орг. веществами, напр. CO(NH₂)₂∙NH₃, CO(NH₂)₂ ∙ H₃PO₄, CO(NH₂)₂∙H₂O₂, CO(NH₂)₂∙CH₃OH и др.

При натр. до 150 °C и выше М. последовательно превращ. в NH₄NCO, NH₃, CO₂, биурет, циануровую кислоту; в замкнутом сосуде, особенно при добавлении NH₃,-продукты ами-нирования циануровой кислоты, напр. меламин. В разбавленных растворах при ~ 200 °C возможен полный гидролиз М. с образованием NH₃ и CO₂. Гидролиз ускоряется в присутствии кислот и щелочей, а также под действием фермента уреазы, находящегося во мн. организмах и семенах некоторых растений (соевые бобы и др.).

В расплавленном виде М. реагирует со щелочными металлами и их амидами с образованием солей цианамида. При сплавлении с содой разлагается до NaNCO, CO₂, NH₃ и H₂O; при сплавлении с NH₄NO₃ в присутствии SiO₂ образуется гуанидин; при взаимодействии с хлорсульфокислотами-амидо-сульфокислоты; с конц. олеумом-сульфаминовая кислота; с (CH₃СО)₂O при 140 °C-ацетамид и диацетамид (при 60 °C в присутствии H₂SO₄-ацетилмочевина); с хлором на холоду -N-хлор- и N,N'-дихлормочевина NH₂CONHCl и CO(NHCl)₂; с бромом-циануровая кислота; с NaClO-гидразин; с CS₂ (110 °C)-NH₄SCN и COS. К действию H₂O₂ и KMnO₄ M. устойчива.

При алкилировании М. образуются алкилзамещенные М. RNHCONH₂; при действии спиртов — уретаны NH₂COOR; при взаимодействии с карбоновыми кислотами, их ангидридами, хлор-ангидридами и сложными эфирами-уреиды RCONHCONH₂; с двухосновными кислотами-циклич. уреиды, напр. с натрий-малоновым эфиром в спиртовом растворе—барбитуровая кислота; с ангидридами ароматич. двухосновных кислот — соответствующие имиды, напр. с фталевым ангидридом при 156 °C-фталимид; с аминами — высокомол. продукты поликонденсации типа NH₂(CH₂)_n[NHCONH(CH₂)_n]_m; с анилином — фенил- и дифенилмочевины; с гидразином-семикарбазид NH₂CONHNH₂ и гидразоформамид (NH₂CONH)₂. М. легко конденсируется с формальдегидом, образуя мочевино-формальдегидные смолы. В некоторых реакциях проявляется таутомерная форма М. — изомочевина NH₂C(OH)=NH; напр., при взаимодействии гидрохлорида цианамида со спиртами образуются О-алкиловые эфиры изомочевины.

М. — конечный продукт белкового обмена у мн. беспозвоночных и большинства позвоночных животных (рыб, земноводных, млекопитающих) и человека. Биосинтез М. из конечных продуктов распада белков (NH₃, CO₂) протекает в печени в результате ряда ферментативных реакций, замкнутых в цикл (цикл М., или орнитиновът цикл). М. участвует в регуляции водного режима животных. Из организма выводится почками в виде мочи и потовыми железами (человек выделяет 25–30 г М. в сутки). У животных содержится в небольших количествах в мышцах, крови, лимфе, слюне, молоке, слезах, обнаружена в тканях растит. организмов (грибы, некоторые высшие растения).

В промышленности М. получают по реакции Базарова:

Производство М. включает стадию синтеза, осуществляемого при 180–230 °C и давлении 12–25 МПа, рецикл непрореагировавших веществ в виде аммониевых солей угольной кислоты, стадии обезвоживания растворов М. и приготовления товарных форм (кристаллы, гранулы). В совр. технологии широко применяют дистилляцию в токе CO₂ или NH₃, позволяющую значительно повысить экономичность процесса. Разработаны научно-техн. решения для создания безотходного и энергосберегающего производства М. с единичной мощностью агрегатов 450 тыс. т/год и более.

Препаративных методов синтеза М. известно более пятидесяти; напр., взаимод. NH, с COCl₂, COS или CO, ацетиленом или бензолом на Pt; окислением цианида калия KMnO₄ или NaClO; нагреванием CO в медноаммиачном растворе под давлением; гидролизом Pb(CN)₂ кипящей водой и др.

Для количеств. определения М. гидролизуют в присутствии H₂SO₄ или уреазы и определяют NH₃. Для обнаружения М. используют появление желто-зеленого окрашивания при взаимодействии раствора М. с n-диметиламинобензальдегидом в присутствии HCl; ниж. предел определения М. в фотометрируемом объеме 2 мг/л.

М. применяют в качестве концентрир. азотного удобрения (содержит ок. 46% N) для мн. с.-х. культур на любых почвах, а также как заменитель естеств. белка в кормах для жвачных животных. Производные М. — эффективные гербициды. М. — сырье для синтеза ценных хим. продуктов: карбамидных смол, меламина, циануровой кислоты и ее эфиров, NaCN, KCN, гидразина, гидразоформамида, а также фармацевтич. препаратов (веронала, люминала, бромурала и др.), некоторых красителей. В нефтяной промышленности М. используют для де-парафинизации масел и моторных топлив с выделением мягкого парафина-сырья для получения белково-витаминных препаратов, жирных спиртов и кислот, моющих средств и т. п.

Мировое производство 106 млн. т/год (1984).

М. открыта И. Руэлем (1773) в моче, идентифицирована У. Праутом (1818), впервые синтезирована Ф. Вёлером (1828) из цианата аммония, что нанесло первый удар по витализму-учению о т. наз. жизненной силе.

^{Лит.: Кучерявый В. И., Лебедев В. В., Синтез и применение карбамида, Л., 1970; Кучерявый В. И., Горловский Д. М., Альтшулер Л. Н., Технология карбамида, Л., 1981; Кучерявый В. И., Горловский Д. М., "Ж. Всес. хим. общества им. Д. И. Менделеева", 1983, № 4, с. 47–54.}

_{В. И. Кучерявый, Ю. А. Сергеев}