Cyanid - Cyanide

Cyanidanjon

Namn
Föredraget IUPAC -namn Cyanid
Systematiskt IUPAC -namn Nitridokarbonat (II)
Identifierare
CAS-nummer
3D -modell ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
PubChem CID
UNII
InChI InChI = 1S/CN/c1-2/q-1 Nyckel: XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N
LEenden [C-]#N
Egenskaper
Kemisk formel	CN-
Molmassa	26,018  g · mol −1
Konjugerat syra	Cyanväte
Om inte annat anges, ges data för material i deras standardtillstånd (vid 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Infobox -referenser

En cyanid är en kemisk förening som innehåller gruppen C≡N. Denna grupp, känd som cyanogrupp , består av en kol -atom trippelbundna till en kväveatom.

I oorganiska cyanider är cyanidgruppen närvarande som anjonen CN ^- . Lösliga salter som natriumcyanid och kaliumcyanid är mycket giftiga. Hydrocyansyra , även känd som vätecyanid, eller HCN, är en mycket flyktig vätska som produceras i stor skala industriellt. Det erhålls genom försurning av cyanidsalter.

Organiska cyanider brukar kallas nitriler . I nitriler är CN -gruppen kopplad med en kovalent bindning till kol. Till exempel, i acetonitril , är cyanidgrupp bunden till metyl (CH ₃ ). Även om nitriler i allmänhet inte släpper ut cyanidjoner, gör cyanohydrinerna och är därför ganska giftiga.

Ordet härrör från det grekiska kyanos , vilket betyder mörkblått, som ett resultat av att det först erhölls genom uppvärmning av pigmentet som kallas preussisk blått .

Bindning

Cyanidjonen är isoelektronisk med kolmonoxid och med molekylärt kväve . Det finns en trippelbindning mellan N och C. Den negativa laddningen är koncentrerad till kol.

Förekomst

I naturen

Cyanider produceras av vissa bakterier , svampar och alger . Det är ett motfodermedel i ett antal växter. Cyanider återfinns i betydande mängder i vissa frön och fruktstenar, t.ex. bitrar av mandlar , aprikoser , äpplen och persikor . Kemiska föreningar som kan frigöra cyanid är kända som cyanogena föreningar. I växter är cyanider vanligtvis bundna till sockermolekyler i form av cyanogena glykosider och försvarar växten mot växtätare . Kassavarötter (även kallad maniok), en viktig potatisliknande mat som odlas i tropiska länder (och basen från vilken tapioka tillverkas), innehåller också cyanogena glykosider.

Den Madagaskar bambu cathariostachys madagascariensis producerar cyanid som avskräckande för bete. Som svar har den gyllene bambu lemuren , som äter bambu, utvecklat en hög tolerans mot cyanid.

Interstellärt medium

Den cyanid radikal · CN har identifierats i interstellära rymden . Cyanogen , (CN) ₂ , används för att mäta temperaturen på interstellära gasmoln .

Pyrolys- och förbränningsprodukt

Cyanväte produceras genom förbränning eller pyrolys av vissa material under syrebrist . Till exempel kan det detekteras i avgaserna från förbränningsmotorer och tobaksrök . Vissa plaster , särskilt de som härrör från akrylnitril , frigör vätecyanid vid uppvärmning eller bränning.

Cofactor

De hydrogenas enzymer innehåller cyanidligander bundna till järn i sina aktiva säten. Biosyntesen av cyanid i [NiFe] -hydrogenases intäkter från karbamoyl fosfat , som konverterar till cysteinyl tiocyanat , KN ^- donator.

Organiska derivat

I lUPAC-nomenklatur , organiska föreningar som har en -C = N funktionell grupp kallas nitriler . Ett exempel på en nitril är CH ₃ CN, acetonitril . Nitriler släpper vanligtvis inte cyanidjoner. En funktionell grupp med en hydroxyl och cyanid bunden till samma kol kallas cyanohydrin . Till skillnad från nitriler frigör cyanohydridiner vätecyanid . I oorganisk kemi, salter innehållande den C = N ^- är jon benämns cyanider . Även om cyanidjonen innehåller en kolatom anses den vanligtvis inte vara organisk.

Reaktioner

Protonation

Cyanid är grundläggande. PKa för vätecyanid är 9,21. Således frigör tillsats av syra till lösningar av cyanidsalter vätecyanid .

Hydrolys

Cyanid är instabil i vatten, men reaktionen är långsam tills ca 170 ° C. Det genomgår hydrolys för att ge ammoniak och formiat , som är mycket mindre giftiga än cyanid:

CN ^- + 2  H ₂ O → HCO ₂ ^- + NH ₃

cyanidhydrolas är ett enzym som katalyserar denna reaktion.

Alkylering

På grund av cyanidanjonens höga nukleofilicitet införs cyanogrupper lätt i organiska molekyler genom förskjutning av en halogenidgrupp (t.ex. kloriden på metylklorid ). I allmänhet kallas organiska cyanider nitriler. Vid organisk syntes är cyanid en C-1- synton ; dvs den kan användas för att förlänga en kolkedja med en samtidigt som den bibehåller förmågan att bli funktionaliserad .

RX + CN ^- → RCN + X ^-

Redox

Cyanidjonen är en reduktant och oxideras av starka oxidationsmedel , såsom molekylärt klor (Cl ₂ ), hypoklorit (CLO ^- ), och väteperoxid (H ₂ O ₂ ). Dessa oxidationsmedel används för att förstöra cyanider i avlopp från guldbrytning .

Metallkomplex

Cyanidanjonen reagerar med övergångsmetaller för att bilda M-CN-bindningar . Denna reaktion är grunden för cyanids toxicitet. Metallernas höga affinitet för denna anjon kan tillskrivas dess negativa laddning, kompakthet och förmåga att delta i π-bindning.

Bland de viktigaste cyanidkoordineringsföreningarna är kaliumferrocyanid och pigmentet preussiska blått , som båda är väsentligen giftfria på grund av den täta bindningen av cyaniderna till en central järnatom. Preussisk blå tillverkades först av misstag omkring 1706, genom uppvärmning av ämnen som innehåller järn och kol och kväve, och andra cyanider gjorda senare (och uppkallade efter det). Bland de många användningsområdena ger preussisk blå den blå färgen till ritningar , blått och cyanotyper .

Tillverkning

Den huvudsakliga process som används för att tillverka cyanider är Andrussow process i vilken gasformigt cyanväte framställs av metan och ammoniak i närvaro av syre och en platinakatalysator .

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

Natriumcyanid, föregångaren till de flesta cyanider, produceras genom behandling av vätecyanid med natriumhydroxid :

HCN + NaOH → NaCN + H ₂ O

Giftighet

Många cyanider är mycket giftiga. Cyanidanjonen är en hämmare av enzymet cytokrom c -oxidas (även känt som aa ₃ ), det fjärde komplexet i elektrontransportkedjan som finns i det inre membranet i mitokondrier hos eukaryota celler. Det fäster till järnet i detta protein. Bindningen av cyanid till detta enzym förhindrar transport av elektroner från cytokrom c till syre. Som ett resultat är elektrontransportkedjan störd, vilket betyder att cellen inte längre aerobt kan producera ATP för energi. Vävnader som är mycket beroende av aerob andning , såsom centrala nervsystemet och hjärtat , påverkas särskilt. Detta är ett exempel på histotoxisk hypoxi .

Den farligaste föreningen är vätecyanid , som är en gas och dödar genom inandning. Av detta skäl måste ett andningsskydd från en extern syrekälla användas när man arbetar med vätecyanid. Vätecyanid produceras genom tillsats av syra till en lösning som innehåller ett cyanidsalt. Alkaliska lösningar av cyanid är säkrare att använda eftersom de inte utvecklar vätecyanidgas. Cyanväte kan produceras vid förbränning av polyuretaner ; Av denna anledning rekommenderas inte polyuretaner för användning i hushålls- och flygplansmöbler. Oralt intag av en liten mängd fast cyanid eller en cyanidlösning på så lite som 200 mg, eller exponering för luftburet cyanid på 270 ppm , är tillräckligt för att orsaka död inom några minuter.

Organiska nitriler frigör inte lätt cyanidjoner och har därför låga toxiciteter. Däremot föreningar såsom trimetylsilylcyanid (CH ₃ ) ₃ SiCN släppa lätt HCN eller cyanidjon vid kontakt med vatten.

Motgift

Hydroxokobalamin reagerar med cyanid för att bilda cyanokobalamin , som säkert kan elimineras av njurarna. Denna metod har fördelen att undvika bildning av metemoglobin (se nedan). Denna motgiftssats säljs under varumärket Cyanokit och godkändes av amerikanska FDA 2006.

Ett äldre cyanid -motgiftskit inkluderade administrering av tre ämnen: amylnitritpärlor (administreras genom inandning), natriumnitrit och natriumtiosulfat . Målet av motgiftet var att generera en stor pool av ferri järn (Fe ³⁺ ) att konkurrera om cyanid med cytokrom en ₃ (så att cyanid binder till motgift snarare än enzymet). De nitriter oxidera hemoglobinet till methemoglobin , som konkurrerar med cytokromoxidas för cyanidjon. Cyanmetemoglobin bildas och enzymet cytokromoxidas återställs. Den huvudsakliga mekanismen för att avlägsna cyaniden från kroppen är genom enzymatisk omvandling till tiocyanat med mitokondrialt enzym rodan . Tiocyanat är en relativt giftfri molekyl och utsöndras av njurarna. För att påskynda denna avgiftning administreras natriumtiosulfat för att tillhandahålla en svaveldonator för rodan , som behövs för att producera tiocyanat.

Känslighet

Minimirisknivåer (MRL) får inte skydda mot fördröjda hälsoeffekter eller hälsoeffekter som uppnås efter upprepad sublethal exponering, till exempel överkänslighet, astma eller bronkit . Gränsvärdena kan revideras efter att tillräcklig data har samlats in.

Ansökningar

Brytning

Cyanid produceras huvudsakligen för gruvdrift av guld och silver : Det hjälper till att lösa upp dessa metaller vilket möjliggör separation från andra fasta ämnen. I cyanidprocessen blandas finmalet högkvalitativ malm med cyaniden (i ett förhållande av ca 1: 500 delar NaCN till malm); malm av låg kvalitet staplas i högar och besprutas med en cyanidlösning (i ett förhållande av ca 1: 1000 delar NaCN till malm). Ädelmetallerna komplexbildas av cyanidanjonerna för att bilda lösliga derivat, t.ex. [Au (CN) ₂ ] ^- och [Ag (CN) ₂ ] ^- .

Silver är mindre "ädelt" än guld och förekommer ofta som sulfid, i vilket fall redox inte åberopas (ingen O ₂ krävs). Istället sker en förskjutningsreaktion:

Den "drickande sprit" som innehåller dessa joner separeras från de fasta ämnena, som kastas till en svansdamm eller förbrukad hög, och det återvinningsbara guldet har tagits bort. Metallen utvinns från den "gravida lösningen" genom reduktion med zinkdamm eller genom adsorption på aktivt kol . Denna process kan resultera i miljö- och hälsoproblem. Ett antal miljökatastrofer har följt överflödet av svansdammar vid guldgruvor. Cyanidförorening av vattenvägar har resulterat i många fall av dödlighet bland människor och vattenlevande arter.

Vattenhaltig cyanid hydrolyseras snabbt, särskilt i solljus. Det kan mobilisera vissa tungmetaller som kvicksilver om det finns. Guld kan också associeras med arsenopyrit (FeAsS), som liknar järnpyrit (dårens guld), där hälften av svavelatomerna ersätts med arsenik . Guldinnehållande arsenopyritmalm reagerar på liknande sätt mot oorganisk cyanid.

Industriell organisk kemi

Den andra stora tillämpningen av alkalimetallcyanider (efter brytning) är vid produktion av föreningar som innehåller CN, vanligtvis nitriler. Acylcyanider produceras av acylklorider och cyanid. Cyanogen , cyanogenklorid och trimeren cyanuriklorid härrör från alkalimetallcyanider.

Medicinsk användning

Cyanidföreningen natriumnitroprussid används huvudsakligen i klinisk kemi för att mäta urin ketonkroppar huvudsakligen som en uppföljning till diabetespatienter. Ibland används det i akuta medicinska situationer för att producera en snabb minskning av blodtrycket hos människor; det används också som en vasodilatator i kärlforskning. Kobolten i artificiellt vitamin B ₁₂ innehåller en cyanidligand som en artefakt av reningsprocessen; detta måste avlägsnas av kroppen innan vitaminmolekylen kan aktiveras för biokemisk användning. Under första världskriget användes en kopparcyanidförening kort av japanska läkare för behandling av tuberkulos och spetälska .

Olagligt fiske och tjuvjakt

Cyanider används olagligt för att fånga levande fisk nära korallrev för akvarie- och skaldjursmarknaderna. Övningen är kontroversiell, farlig och skadlig men drivs av den lukrativa exotiska fiskmarknaden.

Tjuvjägare i Afrika har varit kända för att använda cyanid för att förgifta vattenhål, för att döda elefanter för deras elfenben.

Pestkontroll

M44 cyanidenheter används i USA för att döda coyoter och andra canids. Cyanid används också för skadedjursbekämpning i Nya Zeeland , särskilt för possums , en introducerad pungdjur som hotar bevarandet av inhemska arter och sprider tuberkulos bland nötkreatur. Possums kan bli bete blyg men användningen av pellets som innehåller cyaniden minskar betes blyghet. Cyanid har varit känt för att döda infödda fåglar, inklusive den utrotningshotade kiwin . Cyanid är också effektivt för att bekämpa dama wallaby , en annan introducerad pungdjurssjukdom i Nya Zeeland. En licens krävs för att lagra, hantera och använda cyanid i Nya Zeeland.

Cyanider används som insekticider för rökning av fartyg. Cyanidsalter används för att döda myror och har på vissa ställen använts som råttgift (det mindre giftiga giftet arsenik är vanligare).

Nischanvändningar

Kaliumferrocyanid används för att uppnå en blå färg på gjutna bronsskulpturer under skulpturens slutliga fas. På egen hand kommer det att ge en mycket mörk nyans av blått och blandas ofta med andra kemikalier för att uppnå önskad nyans och nyans. Den appliceras med en fackla och en pensel medan du bär standard säkerhetsutrustning som används för alla patina applikationer: gummihandskar, skyddsglasögon och andningsskydd. Den faktiska mängden cyanid i blandningen varierar beroende på recepten som används av varje gjuteri.

Cyanid används också i smyckestillverkning och vissa typer av fotografering, såsom sepiatoning .

Även om det vanligtvis anses vara giftigt, ökar cyanid och cyanohydriner grobarheten hos olika växtarter.

Mänsklig förgiftning

Medvetet cyanidförgiftning av människor har inträffat många gånger genom historien. Vanliga salter som natriumcyanid är flyktiga men vattenlösliga, så de är giftiga vid förtäring. Vätecyanid är en gas, vilket gör den mer oskiljaktigt farlig, men den är lättare än luft och sprids snabbt upp i atmosfären, vilket gör den ineffektiv som ett kemiskt vapen . Förgiftning med vätecyanid är mer effektiv i ett slutet utrymme, till exempel en gaskammare . Mest signifikant, vätecyanid frisatt från pelletar av Zyklon-B användes i stor utsträckning i förintelseläger av förintelsen .

Livsmedelstillsats

Grund av den höga stabiliteten i deras komplexbildning med järn , ferrocyanider ( Sodium ferrocyanid E535, Kaliumferrocyanid E536, och Kalcium ferrocyanid E538) inte sönderdelas till dödliga nivåer i den mänskliga kroppen och används inom livsmedelsindustrin såsom, t ex ett antiklumpningsmedel i bordsalt .

Kemiska tester för cyanid

Cyanid kvantifieras genom potentiometrisk titrering , en metod som ofta används vid guldbrytning. Det kan också bestämmas genom titrering med silverjon. Vissa analyser börjar med en luftrensning av en surgjord kokande lösning, som sveper ångorna till en basisk absorberingslösning. Cyanidsaltet som absorberas i baslösningen analyseras sedan.

Kvalitativa tester

På grund av den ökända toxiciteten för cyanid har många metoder undersökts. Bensidin ger en blå färg i närvaro av ferricyanid . Järn (II) sulfat tillsatt till en lösning av cyanid, såsom filtratet från natriumfusionstestet , ger preussiskt blått . En lösning av para- bensokinon i DMSO reagerar med oorganisk cyanid för att bilda en cyano fenol , som är fluorescerande . Belysning med UV -ljus ger ett grönt/blått sken om testet är positivt.

Referenser

externa länkar

• ATSDR riktlinjer för medicinsk hantering för cyanidförgiftning (USA)
• HSE -rekommendationer för behandling av första hjälpen vid cyanidförgiftning (Storbritannien)
• Cyanväte och cyanider ( CICAD 61)
• IPCS/CEC Utvärdering av motgift för förgiftning av cyanider
• National Pollutant Inventory — Cyanidföreningar faktablad
• Att äta äppelfrön är säkert trots den lilla mängden cyanid
• Toxikologisk profil för cyanid, amerikanska hälso- och sjukvårdsdepartementet, juli 2006

Säkerhetsdata (franska):

• Institut national de recherche et de sécurité (1997). " Cyanure d'hydrogène et solutions aqueuses ". Fiche toxicologique n ° 4 , Paris: INRS, 5 s. (PDF -fil, (på franska) )
• Institut national de recherche et de sécurité (1997). " Cyanur de natrium. Cyanur de kalium ". Fiche toxicologique n ° 111 , Paris: INRS, 6 s. (PDF -fil, (på franska) )