Цианид - Cyanide

Цианид анион
Модель цианид-аниона, заполняющая пространство: углерод связан с меньшим атомом азота
Имена
Предпочтительное название IUPAC
Цианид
Систематическое название ИЮПАК
Нитридокарбонат (II)
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
UNII
  • InChI = 1S / CN / c1-2 / q-1
    Ключ: XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N
  • [C -] # N
Характеристики
CN-
Молярная масса 26,018  г · моль -1
Конъюгированная кислота Цианистый водород
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Цианида представляет собой химическое соединение , которое содержит группу C≡N. Эта группа, известная как цианогруппа , состоит из атома углерода, тройного связанного с атомом азота .

В неорганических цианидах цианидная группа присутствует в виде аниона CN - . Растворимые соли , такие как цианид натрия и цианид калия обладают высокой токсичностью. Синильная кислота , также известная как цианистый водород или HCN, представляет собой легколетучую жидкость, производимую в промышленных масштабах в больших масштабах. Его получают подкислением цианидных солей.

Органические цианиды обычно называют нитрилами . В нитрилах группа CN связана ковалентной связью с углеродом. Например, в ацетонитриле цианидная группа связана с метилом (CH 3 ). Хотя нитрилы обычно не выделяют цианид-ионы, циангидрины выделяют и поэтому довольно токсичны.

Слово происходит от греческого kyanos , что означает темно-синий, в результате того, что он был впервые получен путем нагревания пигмента, известного как берлинский синий .

Склеивание

Ионы цианида изоэлектронные с монооксидом углерода и молекулярным азотом . Между N и C существует тройная связь. Отрицательный заряд сосредоточен на углероде.

Вхождение

В природе

Удаление цианида из маниоки в Нигерии .

Цианиды производятся некоторыми бактериями , грибами и водорослями . Это антифидант ряда растений. Цианиды содержатся в значительных количествах в некоторых семенах и косточках плодов, например горького миндаля , абрикосов , яблок и персиков . Химические соединения, которые могут выделять цианид, известны как цианогенные соединения. В растениях цианиды обычно связаны с молекулами сахара в форме цианогенных гликозидов и защищают растение от травоядных . Корни маниока (также называемые маниока), важная пища, похожая на картофель, выращиваемая в тропических странах (и основа, из которой сделана тапиока ), также содержат цианогенные гликозиды.

Мадагаскар бамбук Cathariostachys madagascariensis производит цианид в качестве сдерживающего фактора для выпаса скота. В ответ золотистый бамбуковый лемур , который ест бамбук, развил высокую толерантность к цианиду.

Межзвездная среда

Цианистый радикал · CN , был идентифицирован в межзвездном пространстве . Cyanogen , (CN) 2 , используется для измерения температуры межзвездных газовых облаков .

Продукты пиролиза и горения

Цианистый водород образуется при сжигании или пиролизе определенных материалов в условиях дефицита кислорода . Например, его можно обнаружить в выхлопе двигателей внутреннего сгорания и табачном дыме. Некоторые пластмассы , особенно полученные из акрилонитрила , выделяют цианистый водород при нагревании или горении.

Кофактор

В гидрогеназах ферментов содержат цианид лиганды , прикрепленные к железу в их активных центрах. Биосинтез цианида в [NiFe] -hydrogenases поступления от карбамоильного фосфата , который преобразует в Цистеиниловый тиоцианат , КН - донор.

Органические производные

В IUPAC номенклатуре , органические соединения , которые имеют -C≡N функциональной группы , называются нитрилы . Примером нитрила является ацетонитрил CH 3 CN . Нитрилы обычно не выделяют ионы цианида. Функциональная группа с гидроксилом и цианидом, связанными с одним и тем же углеродом, называется циангидрином . В отличие от нитрилов, циангидридины выделяют цианистый водород . В неорганической химии соли, содержащие ион C≡N - , называют цианидами . Хотя цианид-ион содержит атом углерода, он обычно не считается органическим.

Реакции

Протонирование

Цианид является основным. PKa цианистого водорода составляет 9,21. Таким образом, добавление кислоты к растворам цианидных солей высвобождает цианистый водород .

Гидролиз

Цианид нестабилен в воде, но реакция идет медленно примерно до 170 ° C. Он подвергается гидролизу с образованием аммиака и формиата , которые намного менее токсичны, чем цианид:

CN - + 2  H 2 O → HCO 2 - + NH 3

цианидгидролаза - это фермент, катализирующий эту реакцию.

Алкилирование

Из-за высокой нуклеофильности цианид-аниона цианогруппы легко вводятся в органические молекулы за счет замещения галогенидной группы (например, хлорид на метилхлориде ). Обычно органические цианиды называют нитрилами. В органическом синтезе цианид представляет собой синтон C-1 ; т.е. его можно использовать для удлинения углеродной цепи на единицу, сохраняя при этом способность функционализировать .

RX + CN - → RCN + X -

Редокс

Цианид-ион является восстановителем и окисляется сильными окислителями, такими как молекулярный хлор (Cl 2 ), гипохлорит (ClO - ) и перекись водорода (H 2 O 2 ). Эти окислители используются для разрушения цианидов в сточных водах при добыче золота .

Металлообразование

Анион цианида реагирует с переходными металлами с образованием связей M-CN . Эта реакция является основой токсичности цианида. Высокое сродство металлов к этому аниону можно объяснить его отрицательным зарядом, компактностью и способностью участвовать в π-связях.

Среди наиболее важных цианидных координационных соединений - ферроцианид калия и пигмент берлинская лазурь , которые по существу нетоксичны из-за прочного связывания цианидов с центральным атомом железа. Впервые берлинская лазурь была случайно получена около 1706 года при нагревании веществ, содержащих железо, углерод и азот, а также другие цианиды, полученные впоследствии (и названные в честь него). Среди его многочисленных применений, берлинская лазурь дает синий цвет чертежи , подсинивании и цианотипии .

Производство

Основным процессом, используемым для производства цианидов, является процесс Андруссова, в котором газообразный цианистый водород получают из метана и аммиака в присутствии кислорода и платинового катализатора .

2 CH 4 + 2 NH 3 + 3 O 2 → 2 HCN + 6 H 2 O

Цианид натрия, предшественник для большинства цианидов, получают путем обработки цианистого водорода с гидроксидом натрия :

HCN + NaOH → NaCN + H 2 O

Токсичность

Многие цианиды очень токсичны. Цианид - анион является ингибитором из фермента цитохром с оксидазы (также известный как аа 3 ), четвертый комплекс цепи переноса электронов находится в внутренней мембране из митохондрий в эукариотических клетках. Он присоединяется к железу в этом белке. Связывание цианида с этим ферментом предотвращает перенос электронов от цитохрома с к кислороду. В результате цепь переноса электронов нарушается, а это означает, что клетка больше не может аэробно производить АТФ для получения энергии. Особенно страдают ткани, которые сильно зависят от аэробного дыхания , такие как центральная нервная система и сердце . Это пример гистотоксической гипоксии .

Наиболее опасным соединением является цианистый водород , который представляет собой газ и убивает при вдыхании. По этой причине при работе с цианистым водородом необходимо надевать респиратор с внешним источником кислорода. Цианистый водород получают путем добавления кислоты к раствору, содержащему соль цианида. Щелочные растворы цианида безопаснее использовать, поскольку они не выделяют газообразный цианистый водород. Цианистый водород может образовываться при сжигании полиуретанов ; по этой причине полиуретаны не рекомендуется использовать в бытовой и авиационной мебели. Пероральный прием небольшого количества твердого цианида или раствора цианида в количестве всего 200 мг или воздействие переносимого по воздуху цианида в концентрации 270 ppm достаточно, чтобы вызвать смерть в течение нескольких минут.

Органические нитрилы с трудом выделяют ионы цианида, поэтому обладают низкой токсичностью. Напротив, такие соединения, как триметилсилилцианид (CH 3 ) 3 SiCN, легко выделяют HCN или цианид-ион при контакте с водой.

Противоядие

Гидроксокобаламин реагирует с цианидом с образованием цианокобаламина , который безопасно выводится почками. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет избежать образования метгемоглобина (см. Ниже). Этот набор противоядий продается под торговой маркой Cyanokit и был одобрен FDA США в 2006 году.

Старше цианид Антидот комплект входит введение трех веществ: амил нитрит жемчуг (вводимая путем ингаляция), нитрит натрия и тиосульфат натрия . Целью антидота было создание большого пула трехвалентного железа (Fe 3+ ) для конкуренции за цианид с цитохромом a 3 (так, чтобы цианид связывался с антидотом, а не с ферментом). В нитриты окисляют гемоглобин в метгемоглобин , который конкурирует с цитохромоксидазы для иона цианида. Образуется цианметгемоглобин и восстанавливается фермент цитохромоксидаза . Основным механизмом , чтобы удалить цианид из организма путем ферментативного превращения в тиоцианат по митохондриального фермента роданезы . Тиоцианат - относительно нетоксичная молекула, выводится почками. Чтобы ускорить эту детоксикацию, вводят тиосульфат натрия, который является донором серы для роданезы , необходимой для производства тиоцианата.

Чувствительность

Минимальные уровни риска (МДУ) могут не защищать от отсроченных последствий для здоровья или последствий для здоровья, приобретенных после многократного сублетального воздействия, таких как гиперчувствительность, астма или бронхит . Максимальные остатки могут быть пересмотрены после того, как накопится достаточно данных.

Приложения

Добыча полезных ископаемых

Цианид в основном производится для добычи из золота и серебра : Это помогает растворить эти металлы , позволяющие отделение от других твердых веществ. В цианидном процессе тонкоизмельченная высококачественная руда смешивается с цианидом (в соотношении примерно 1: 500 частей NaCN к руде); руды низкого содержания складываются в кучи и опрыскиваются раствором цианида (в соотношении примерно 1: 1000 частей NaCN к руде). Драгоценные металлы образуют комплексы с цианид- анионами с образованием растворимых производных, например [Au (CN) 2 ] - и [Ag (CN) 2 ] - .

4 Au + 8 NaCN + O 2 + 2 H 2 O → 4 Na [Au (CN) 2 ] + 4 NaOH

Серебро менее «благородно», чем золото, и часто встречается в виде сульфида, и в этом случае окислительно-восстановительный потенциал не задействуется (O 2 не требуется). Вместо этого происходит реакция смещения:

Ag 2 S + 4 NaCN + H 2 O → 2 Na [Ag (CN) 2 ] + NaSH + NaOH

«Береговая жидкость», содержащая эти ионы, отделяется от твердых частиц, которые сбрасываются в хвостохранилище или отработанную кучу, при этом извлекаемое золото удаляется. Металл извлекается из «насыщенного раствора» восстановлением цинковой пылью или адсорбцией на активированном угле . Этот процесс может привести к проблемам с окружающей средой и здоровьем. За переполнением хвостохранилищ на золотых приисках последовал ряд экологических катастроф . Загрязнение водных путей цианидами привело к многочисленным случаям гибели людей и водных организмов.

Водный цианид быстро гидролизуется, особенно на солнечном свете. Он может мобилизовать некоторые тяжелые металлы, такие как ртуть, если она присутствует. Золото также может быть связано с арсенопиритом (FeAsS), который похож на железный пирит (золото дураков), в котором половина атомов серы заменена мышьяком . Золотосодержащие арсенопиритовые руды аналогичным образом реактивны по отношению к неорганическим цианидам.

Промышленная органическая химия

Второе важное применение цианидов щелочных металлов (после добычи) - производство CN-содержащих соединений, обычно нитрилов. Ацилцианиды получают из ацилхлоридов и цианидов. Цианоген , хлорид цианогена и тример цианурхлорида являются производными цианидов щелочных металлов.

Медицинское использование

Цианидное соединение нитропруссид натрия используется в основном в клинической химии для измерения кетоновых тел в моче, главным образом в качестве последующего наблюдения за пациентами с диабетом . Иногда его используют в неотложных медицинских ситуациях, чтобы вызвать быстрое снижение кровяного давления у людей; он также используется как сосудорасширяющее средство при исследованиях сосудов. Кобальт в искусственном витамине B 12 содержит цианидный лиганд как артефакт процесса очистки; он должен быть удален организмом, прежде чем молекула витамина может быть активирована для биохимического использования. Во время Первой мировой войны соединение цианида меди на короткое время использовалось японскими врачами для лечения туберкулеза и проказы .

Незаконный лов рыбы и браконьерство

Цианиды незаконно используются для отлова живой рыбы возле коралловых рифов для аквариума и рынков морепродуктов. Эта практика противоречива, опасна и разрушительна, но движется она прибыльным рынком экзотической рыбы.

Браконьеры в Африке, как известно, использовали цианид, чтобы отравить водоемы, чтобы убить слонов из-за их слоновой кости.

Борьба с вредителями

Устройства с цианидом M44 используются в США для уничтожения койотов и других псовых. Цианид также используется для борьбы с вредителями в Новой Зеландии , особенно с опоссумами , интродуцированными сумчатыми животными, которые угрожают сохранению местных видов и распространяют туберкулез среди крупного рогатого скота. Опоссум может стать «застенчивым», но использование гранул, содержащих цианид, снижает «застенчивость» приманки. Известно, что цианид убивает местных птиц, включая находящийся под угрозой исчезновения киви . Цианид также эффективен для борьбы с дама валлаби , еще одним занесенным сумчатым вредителем в Новой Зеландии. Для хранения, обработки и использования цианида в Новой Зеландии требуется лицензия.

Цианиды используются в качестве инсектицидов для фумигации судов. Цианидные соли используются для уничтожения муравьев, а в некоторых местах использовались в качестве яда для крыс ( более распространен менее токсичный яд мышьяк ).

Ниша использует

Ферроцианид калия используется для достижения голубого цвета на литых бронзовых скульптурах на этапе финальной отделки скульптуры. Сам по себе он дает очень темный оттенок синего и часто смешивается с другими химическими веществами для достижения желаемого оттенка и оттенка. Его наносят с помощью горелки и малярной кисти, используя стандартное защитное снаряжение, используемое при нанесении патины: резиновые перчатки, защитные очки и респиратор. Фактическое количество цианида в смеси варьируется в зависимости от рецептов, используемых на каждом литейном производстве.

Цианид также используется в производстве ювелирных изделий и некоторых видах фотографии, например, при тонировании сепией .

Цианид и циангидрины, которые обычно считаются токсичными, увеличивают прорастание различных видов растений.

Человеческое отравление

Умышленное отравление людей цианидом происходило много раз на протяжении истории. Обычные соли, такие как цианистый натрий , нелетучие, но растворимы в воде, поэтому ядовиты при приеме внутрь. Цианистый водород - это газ, что делает его более опасным, однако он легче воздуха и быстро рассеивается в атмосфере, что делает его неэффективным в качестве химического оружия . Отравление цианистым водородом более эффективно в замкнутом пространстве, например в газовой камере . Наиболее важно то, что цианистый водород, выделяемый из гранул Циклона-Б, широко использовался в лагерях смерти во время Холокоста .

Пищевая добавка

Благодаря высокой стабильности их комплексообразования с железом , ферроцианиды (ферроцианид натрия E535, ферроцианид калия E536 и ферроцианид кальция E538) не разлагаются до летального уровня в организме человека и используются в пищевой промышленности в качестве, например, антислеживающего агента. в поваренной соли .

Химические тесты на цианид

Цианид определяется потенциометрическим титрованием - методом, широко используемым в золотодобыче. Его также можно определить титрованием ионом серебра. Некоторые анализы начинаются с продувки воздухом подкисленного кипящего раствора, в результате чего пары превращаются в основной раствор абсорбера. Затем анализируется абсорбированная цианидная соль в основном растворе.

Качественные тесты

Из-за печально известной токсичности цианида было исследовано множество методов. Бензидин дает голубую окраску в присутствии феррицианида . Сульфат железа (II), добавленный к раствору цианида, такому как фильтрат из теста плавления натрия , дает берлинскую лазурь . Раствор пара - бензохинон в ДМСО реагирует с неорганическим цианидом с образованием циано - фенола , который является флуоресцентным . Подсветка УФ-светом дает зеленое / синее свечение, если результат теста положительный.

использованная литература

внешние ссылки

Данные по безопасности (французский):