Acido isocianico
| Acido isocianico | |
|---|---|
 | |
 | |
| Nome IUPAC | |
| acido ossocianico | |
| Nomi alternativi | |
| acido cianico, acido fulminico | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | HNCO - HCNO - HOCN - CHNO |
| Massa molecolare (u) | 43.03 |
| Numero CAS | |
| Numero EINECS | 616-189-3 |
| PubChem | 6347 |
| SMILES | C(=N)=O |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Temperatura di fusione | −86 °C |
| Temperatura di ebollizione | 23.5 °C |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Simboli di rischio chimico | |
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| Frasi R | R26, |
| Frasi S | --- |
L'acido isocianico è un composto chimico con la formula HNCO, spesso scritta anche come H–N=C=O. È una sostanza incolore, volatile e velenosa, con un punto di ebollizione di 23,5 °C. È il tautomero predominante dell'acido cianico H–O–C≡N e viene impiegato nella produzione di poliuretani e di altri tipi di resine.
L'anione derivato [N=C=O]− è lo stesso di quello dell'acido cianico, ed è chiamato cianato. Il relativo gruppo funzionale –N=C=O è l'isocianato; è distinto dal cianato –O–C≡N, dal fulminato –O–N+≡C− e dal nitrile ossido –C≡N+–O−[1].
L'acido isocianico fu scoperto nel 1830 da Justus von Liebig e Friedrich Wöhler[2].
L'acido isocianico è il composto chimico stabile più semplice che contiene carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno, i quattro elementi più comunemente trovati in chimica organica e biologia. È l'unico abbastanza stabile dei quattro isomeri lineari con formula molecolare HOCN che sono stati sintetizzati, gli altri sono l'acido cianico H–O–C≡N e l'elusivo acido fulminico H–C≡N+–O−[3] e acido isofulminico H–O–N+≡C−[1][4]
Struttura
Sebbene la struttura elettronica secondo la teoria del legame di valenza possa essere scritta come HN=C=O, lo spettro vibrazionale ha una banda a 2268,8 cm−1 nella fase gassosa, che indica chiaramente un triplo legame carbonio-azoto[5].
Proprietà
Fisiche
Il composto puro ha un punto di fusione di -86,8 °C e un punto di ebollizione di 23,5 °C, quindi è volatile a temperatura ambiente[6][7].
Acidità
In soluzione acquosa è un acido debole, avente una costante di dissociazione acida pKa di 3,7:[8]
Decomposizione
L'acido isocianico si idrolizza in anidride carbonica e ammoniaca:
![{\displaystyle {\mathrm {HNCO} ~\ {}+{}\ \mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}~\ {}+{}\ \mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/34a4cfd119625f8741843b23673d4d46a024a4c8.svg)
Oligomerizzazione
A concentrazioni sufficientemente elevate, l'acido isocianico oligomerizza per dare al trimero acido cianurico e ciamelide, un polimero. Queste specie di solito sono facilmente separate dai prodotti di reazione in fase liquida o gassosa. L'acido cianurico stesso si decompone per ulteriore riscaldamento in acido isocianico[6]
Stabilità in soluzione
Le soluzioni diluite di acido isocianico sono stabili in solventi inerti, ad esempio etere e idrocarburi clorurati[9].
Reazioni
L'acido isocianico reagisce con le ammine per dare uree (carbammidi):
![{\displaystyle {\mathrm {HNCO} ~\ {}+{}\ \mathrm {RNH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {RNHC} (\mathrm {O} )\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/2315f7d2d0d6b941308ed13dcc2b8ce6f3470f29.svg)
Questa reazione è chiamata carbamilazione.
HNCO aggiunge attraverso doppi legami ricchi di elettroni, come vinileteri, per dare i corrispondenti isocianati.
L'acido isocianico, HNCO, è un acido di Lewis la cui energia libera di Gibbs, entalpia ed entropia cambia per la sua associazione 1:1 con un numero di basi in soluzione di tetracloruro di carbonio a 25 °C[10]. Le proprietà accettore di HNCO sono confrontate con altri acidi di Lewis nel modello ECW.
Tautomerismo
Il tautomero, noto come acido cianico, HOCN, in cui l'atomo di ossigeno è protonato, è instabile alla decomposizione, ma in soluzione è presente in equilibrio con l'acido isocianico nella misura di circa il 3%. Lo spettro vibrazionale è indicativo della presenza di un triplo legame tra gli atomi di azoto e di carbonio[11].
Nella fotolisi a bassa temperatura di solidi contenenti acido isocianico (HNCO), avviene la trasformazione dell'acido isocianico nel suo tautomero[12], l'acido cianico H-O-C≡N. L'acido cianico puro non è stato isolato e l'acido isocianico è la forma predominante in tutti i solventi[9]. A volte le informazioni presentate per l'acido cianico nei libri di riferimento sono in realtà per l'acido isocianico.
Preparazione
L'acido isocianico può essere prodotto mediante protonazione dell'anione cianato, ad esempio da sali come il cianato di potassio, da acido cloridrico gassoso o da acidi come l'acido ossalico[12]:
HNCO può anche essere prodotto dalla decomposizione termica ad alta temperatura dell'acido cianurico trimero:
![{\displaystyle {\mathrm {C} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}3\,\mathrm {HNCO} }}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/e3dd98acff50d6dd461a9bef9c338648141447c8.svg)
Al contrario della famosa sintesi dell'urea di Friedrich Wöhler,
![{\displaystyle {\mathrm {OC} (\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {HNCO} ~\ {}+{}\ \mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/08d35dbd93a2868b7457f35376e4d393be4d005f.svg)
l'acido isocianico viene prodotto e trimerizza rapidamente ad acido cianurico
L'acido isocianico è stato rilevato in molti tipi di ambienti interstellari[4].
L'acido isocianico è presente anche in varie forme di fumo, compreso lo smog e il fumo di sigaretta. È stato rilevato utilizzando la spettrometria di massa e si dissolve facilmente in acqua, diventando un rischio per la salute dei polmoni[13].
Note
- 1 2 (EN) William R. Martin e David W. Ball, Small organic fulminates as high energy materials. Fulminates of acetylene, ethylene, and allene, in Journal of Energetic Materials, vol. 31, n. 7, 2019, pp. 70-79, DOI:10.1080/07370652.2018.1531089.
- ↑ (DE) Liebig, J. e Wöhler, F., Untersuchungen über die Cyansäuren, in Ann. Phys., vol. 20, n. 11, 1830, p. 394, DOI:10.1002/andp.18300961102.
- ↑ (EN) Kurzer, Frederick, Fulminic Acid in the History of Organic Chemistry, in Journal of Chemical Education, vol. 77, n. 7, 2000, pp. 851-857, DOI:10.1021/ed077p851.
- 1 2 (EN) Donghui Quan, Eric Herbst, Yoshihiro Osamura e Evelyne Roueff, Gas-grain modeling of isocyanic acid (HNCO), cyanic acid (HOCN), fulminic acid (HCNO), and isofulminic acid (HONC) in assorted interstellar environments, in The Astrophysical Journal, vol. 725, n. 2, 2010, DOI:10.1088/0004-637X/725/2/2101.
- ↑ (EN) Joaquim Henrique Teles, Günther Maier, B. Andes Hess, Lawrence J. Schaad, Manfred Winnewisser e Brenda P. Winnewisser, The CHNO Isomers, in Chemische Berichte, vol. 122, n. 4, 1989, pp. 753-766, DOI:10.1002/cber.19891220425.
- 1 2 Greenwood, p323
- ↑ Wells, p 722
- ↑ (EN) A comprehensive database of published data on equilibrium constants of metal complexes and ligands, su acadsoft.co.uk, IUPAC SC-Database. URL consultato il 27 settembre 2021 (archiviato dall'url originale il 19 giugno 2017).
- 1 2 (EN) A. S. Narula e K. Ramachandran, Isocyanic Acid, in Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, New York, John Wiley & Sons, 2001, DOI:10.1002/047084289X.ri072m.
- ↑ (EN) Nelson, J., Hydrogen-bonded complexes of isocyanic acid: Infrared spectra and thermodynamic measurements, in Spectrochimica Acta Part A: Molecular Spectroscopy, n. 26, 1970, pp. 109-120, DOI:10.1016/0584-8539(70)80264-1.
- ↑ (EN) Tele, Joaquim Henrique, Maier, Günther, Andes Hess, B., Schaad, Lawrence J., Winnewisser, Manfred e Winnewisser, Brenda P., The CHNO Isomers, in Chem. Ber., vol. 122, n. 4, 1989, pp. 1099-0682, DOI:10.1002/cber.19891220425.
- 1 2 (EN) Fischer, G., Geith, J., Klapötke, T. M. e Krumm B., Synthesis, Properties and Dimerization Study of Isocyanic Acid (PDF), in Z. Naturforsch., 57b, n. 1, 2002, pp. 19-25, DOI:10.1515/znb-2002-0103.
- ↑ (EN) Robert Preidt, Chemical in Smoke May Pose Health Risk, su accuweather.com, AccuWeather. URL consultato il 14 settembre 2011.
Voci correlate
Altri progetti
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