Циановая кислота

или карбимид CHON имеет тот же состав и тот же частичный вес (Nef, 1894), что и гремучая кислота, равно как и соли, отвечающие этим кислотам, тождественны между собою по составу и частичному весу. Соли Ц. кислоты, открытые Вёлером в 1824 г., исторически явились первым, и одним из поразительнейших, по крайней степени различия их свойств от свойств солей гремучей кислоты (см. Гремучие соли) примеров изомерии (см.): в то время, как первые, образуясь, напр., при накаливании окислением синеродистых металлов с перекисью марганца, суриком и пр., представляют вещества не только нисколько не взрывчатые, но даже и весьма стойкие при высокой температуре — последние не способны в сухом состоянии выдерживать даже незначительного нагревания, разлагаются при этом мгновенно и являются одними из чувствительнейших к различным внешним влияниям и сильнейших по своему бризантному действию взрывчатых веществ (см.). Открытие Ц. солей впервые подало повод к возникновению вопроса о различии в расположении атомов в частицах соединений (см. Изомерия). В то время, как гремучая кислота, как это можно с весьма большим вероятием признать на основании новейших исследований Нефа (1894), представляет по своему строению карбонилоксим C:N.OH, т. е. производное окиси углерода или муравьиной кисл., Ц. кислота принадлежит к производным углекислоты и является продуктом дегидратации кислой углеаммиачной соли с потерею ею двух молекул воды:

HO.CO.ONH₄ — Н₂O = HO.CO.NH₂ и далее

кисл. углеамм. соль карбаминов. кисл.

HO.CO.NH₂ — Н₂O = HO.CN или CO.NH.

Как видно, теоретически возможны два различных изомерных между собою продукта дегидратации кислой углеаммиачной соли: нитрил углекислоты Η — О — C≡N и ее имид О=С=N—H, и среди производных Ц. кислоты известны, как отвечающие одной, так и другой формуле, но сама она до сих пор известна лишь в одном только видоизменении. Которую из двух сейчас написанных формул следует приписать этому известному ныне видоизменению, мнения расходятся. Многие (Бутлеров, Лаар и др.) относят Ц. кислоту к числу таутомерных веществ, имея в виду как бы двойственный (согласный и с той, и с другой формулой) характер ее реакций, в зависимости от условий и характера употребляемого реагента. Сказанную двойственность химического характера Ц. кислоты Клаус выражает формулою:

Полный параллелизм превращений, аналогичных между собою по составу Ц. и родановой (см.) кислот, из коих последней приписывается обыкновенно формула нитрила тиоугольной кислоты H—S—C≡N, — параллелизм, распространяющийся и на все их производные, позволяет с большим правом приписывать и Ц. кислоте аналогичное строение, т. е. H—O—C≡N. За ту же формулу говорит и полимерное превращение Ц. кислоты в циануровую (см.), для которой необходимо принять строение, соответствующее нитрильной формуле Ц. кислоты. Наконец, необыкновенная легкость, с которою совершается сейчас упомянутая полимеризация, также заставляет склоняться в пользу принятия для Ц. кислоты менее симметричной, нитрильной формулы (Richters "Chemie der Kohlenstoffverbindungen", 1900). Ц. кислота в свободном состоянии была открыта Вёлером в 1830 г. Она получается при нагревании безводной циануровой кислоты C₃N₃O₃H₃ в струе углекислоты и при быстром охлаждении образующихся паров в приемнике, окруженном смесью снега и соли, сгущается в виде легко подвижной, бесцветной, очень летучей, едкой жидкости с острым, напоминающим уксусную кислоту и вызывающим слезы запахом; уд. вес ее при 0° — 1,140, при 20° — 1,1558; плотность пара по отношению к воздуху найдена = 1,50, вместо вычисл. 1,49 для cnoh (Troost et Hautefeuill). Ц. кислота легко растворима в воде, эфире и обладает резкой кислой реакцией; в спиртах растворяется с образованием аллофановых (см.) эфиров, напр.:

2CNOH + C₂H₅.OH = NH₂.CO.NH.CO₂C2H₅.

В крепком водном растворе уже выше 0° она быстро разлагается на углекислоту и аммиак:

NCOH + Н₂O = СО₂ + NH₃; более постоянны слабые растворы. В безводном состоянии уже при 0° реакция происходит довольно быстро, но спокойно, а выше 0° — энергично, как бы со взрывом превращается в белую, аморфную, фарфоровидную массу циамелида (CNOH)_X, полимерного вещества неизвестного частичного веса и строения, не растворимого в воде и при перегонке обратно превращающегося в Ц. кислоту. Превращение Ц. кислоты в циамелид сопровождается, по Троосту и Готфейлю, очень значительным выделением тепла, именно 17,6 б. кал. на ее г-моль. Под влиянием триэтилфосфина и третичных аминов (Hofmann) и в эфирном растворе (Clason) Ц. кислота полимеризуется в циануровую кислоту C₃N₃O₃H₃. Выше 150° пары Ц. кислоты также дают циануровую кислоту (подробнее об этих превращениях с точки зрения правила фаз см. ниже — аллотропия Ц. кислоты). Соли Ц. кислоты. Циановокалиевая соль KOCN = К.О.C≡N получается окислением цианистого калия KCN при повышенной температуре с помощью PbO, Pb₃O₄, MnO₂, KNO₃, K₂Cr₂O₇ и пр. (Wöhler, Liebig, Kolhe, Clemm, Lea, Bell, Gattermann, Erdmann). Лучше всего тесную и тонко измельченную смесь 100 ч. желтой соли Κ₄Fe(CΝ)₆ и 75 ч. К₂Cr₂O₇ вносить порциями по 3—5 г в сильно (но не докрасна) нагретую железную чашку; реакция окисления сопровождается большим отделением тепла, и масса сама собою раскаляется; полученную пористую массу, еще горячую, извлекают 80%-ным спиртом при кратковременном (10 мин.) кипячении, раствор фильтруют и быстро охлаждают; маточный раствор от осевшего KOCN употребляют для новой экстракции массы, повторяя ее 3 — 4 раза. KOCN образуется также при пропускания циана C₂N₂ или хлористого циана Cl.CN в раствор едкого кали, по уравн.:

2КОН + C₂N₂ = KO.CN + KCN + H₂O

(реакция, аналогичная действию хлора на щелочи) и

2KOH + Cl.CN = KO.CN + KCl + H₂O.

Далее KOCN образуется при нагревании со спиртовым едким кали мочевины, уретанов, гуанидина и пр. (Emich), а также при прокаливании фосфама с поташом (Vidal). KOCN кристаллизуется в бесцветных, блестящих листочках или тетрагональных табличках, легко растворимых в холодной воде и трудно растворимых в крепком спирте, даже горячем. Водою он легко разлагается, превращаясь в углекалиевую и углеаммиачную соли:

2KOCN + 4H₂O = K₂CO₃ + (NH₄)₂CO₃.

Водными кислотами подобным же образом разлагается еще легче. Циановоаммиачная соль NH₄O.CN образуется прямым соединением паров Ц. кислоты с сухим газообразным аммиаком или при смешении их эфирных растворов, также — в водном растворе — обменным разложением KOCN с (NH₄)₂SO₄. Она представляет белого цвета кристаллическое вещество, легко растворимое в воде как в сухом состоянии, так и в водном растворе, при нагревании особенно легко претерпевает изомерное превращение в мочевину:

NH₄O.CN = NH₂.CO.NH₂.

Превращение это, открытое Вёлером в 1828 г., имело в науке огромное историческое значение как первый искусственно воспроизведенный синтез вещества, вырабатываемого животным организмом, разрушивший господствовавшее в то время убеждение в необходимости содействия для этого особой "жизненной" силы. Циановобариевая соль Ba(O.CN)₂ имеет вид тонких иголочек, растворимых в воде и не растворимых в спирте; серебряная AgO.CN и свинцовая Pb(O.CN)₂ соли представляют белые трудно растворимые в воде осадки; получаются они, а также и соли других тяжелых металлов, обменным разложением циановокалиевой соли соответствующими солями. Циановые эфиры, нормальные R.O.C≡N, отвечающие нитрильной формуле Ц. кислоты, до сих пор еще не получены. Вещества, долго принимавшиеся за таковые, так наз. цианэтолины, полученные первоначально Клоэзом, а затем Гофманом с Ольсгаузеном, Мульдером и Пономаревым при взаимодействии хлористого или бромистого циана с алкоголатами, по исследованиям Нефа (1895), подтвержденным Ганчем, оказались эфирами имидоугольной кислоты, напр., HN:C(OC₂H₅)₂. Об эфирах, отвечающих имидной формуле Ц. кислоты H.N:С.О, иначе алкилкарбимидах — см. Изоциановые эфиры. О галоидангидридах Ц. кислоты — хлористом, бромистом и йодистом циане — см. Циан. Цианамид NH₂C≡N, амид Ц. или нитрил карбаминовой кислоты, получается по общему способу образования амидов при действии галоидангидридов Ц. кислоты, хлористого или бромистого циана на водный или эфирный раствор аммиака, напр.: NH₃ + Cl.CN = NH₂.CN + HCl (Bineau, Cloëz et Cannizzaro); удобнее его получать путем отнятия элементов сероводорода от тиомочевины при действии свежеосажденной HgO (Volhard, Baumann, Engel, Drechsel, Prätorius) в присутствии роданистого аммония (Traube):

NH₂.CS.NH₂ + HgO = NHJ.CN + HgS + H₂O;

подобным же образом действуют на тиомочевину HgCl₂, PbO₂, осн. уксусносвинцовая соль, хлорноватистая кислота (Mulder и Smit) и Pb(ОН)₂ в присутствии щелочей (Walther); далее цианамид образуется при действии СО₂ на нагретый амид натрия (Beilstein u. Geuther, Drechsel), при нагревании мочевины или углеаммиачной соли с металлическ. натрием (Fenton), при действии на мочевину хлористого тионила и пр. Цианамид представляет бесцветную, кристаллическую, расплывающуюся на воздухе массу, плав. при 40° и очень легко растворимую в воде, спирте и эфире. При хранении медленно, а при нагревании сразу и с отделением тепла, также при выпаривании водного раствора (особенно быстро в присутствия небольшого количества NH₃) цианамид полимеризуется в дициандиамид (циангуанидин),

кристаллизующийся в виде листочков или ромбических табличек с темп. плавл. 205°, растворимый в воде и при более сильном нагревании превращающийся в трициантриамид или меламин (см. Циануровая кислота), отчасти разлагаясь с выделением NH₃ и образованием мелама (см., ibid.). Цианамид обнаруживает большую склонность к прямому соединению со многими веществами. Так, с газообразными HCl, HBr он образует кристаллические соединения NH₂.CN.2HCl и NH₂.CN.2HBr, разлагаемые водой, с Н₂О под влиянием кислот дает мочевину, с Н₂S — тиомочевину (см.), с NH₃ — гуанидин (см.); соединяется с гликоколем, образуя гликоциамин, с саркозином (см. Креатин) и пр. Оба атома водорода в цианамиде способны легко замещаться металлами с образованием одно- и двуметаллических производных, MeHN.CN и Me₂N.CN (Drechsel и др.), а также алкогольными и кислотными радикалами: RHN.CN и R₂N.CN. Так, напр., NaHN.CN образуется в виде кристаллического, легко растворимого в воде порошка при действии этилата натрия на цианамид в абсолютно спиртовом растворе; Ca(HN.CN)₂ — при действии известкового молока на раствор цианамида; Na₂N.CN, CaN.CN и т. п. — при прокаливании соответствующих Ц. солей; Ag₂N.CN образуется в виде желтого, аморфного осадка при действии аммиачного раствора AgNO₃ на водный раствор цианамида и т. д. Моноалкилцианамиды (Cloëz и Cannizzaro, Hofmann, Baumann, Claësson) — метилцианамид CH₃.HN.CN, этилцианамид С₂H₅.HN.CN, аллилцианамид или так наз. синамин C₃H₅.HN.CN — представляют сиропообразные жидкости, фенилцианамид или цианамилид C₆H₅.HN.CN кристаллизуется в длинных иглах или листочках с темп. пл. 47°; они получаются действием хлористого циана на первичные амины в эфирном растворе или из однозамещенных тиомочевин действием HgO (см. выше), легко полимеризуются в замещенные изомеламины (см.) и так же, как цианамид, легко вступают в реакции прямого соединения. Ввиду превращения в производные изомеламина, а не меламина, моноалкилцианамиды возможно также рассматривать как производные таутомерной формы цианамида или карбодиимида HN:C:NH, т. е. RN:C:NH. Диалкилцианамиды R₂N.CN (Schiff u. Fileti, Berg, Chancel) получаются при действии бромистого циана на вторичные амины, или же йодюров — на Ag₂N.CN и представляют жидкости: (CH₃)₂N.CN кип. при 68° (10 мм), (C₂H₅)₂N.CN — при 188°, (C₃H₇)₂N.CN — при 89° (10 мм). Диэтилцианамид при кипячении с соляной кислотой распадается на СО₂, NH₃ и диэтиламин, что устанавливает, как и получение из диэтиламина, написанное его строение, а также и строение двусеребряного производного цианамида. Дифенилцианамид (C₆H₅)₂N.CN получен из aa-дифенилтиомочевины при действии аммиачносеребряного раствора (Werner) — крупные призмы с темп. пл. 73 — 74°. При действии хлористого циана на дифениламин, нагретый выше 250°, Вейт получил полимер [(C₆H₅)₂N.CN]_X кристаллизующийся в ромбоэдрах с темп. пл. 292° и частью перегоняющейся без разложения. Соляною кислотою полимер этот разлагается на СО₂, NH₃ и дифениламин. Из симм. дипропилтиомочевины действием HgO Шансель получил дипропилкарбодиимид C₃H₇.N:C:N.C₃H₇ с темп. кип. 177°, изомерный написанному выше дипропилцианамиду (C₃H₃)₂N.CN. Действием HgO на тиокарбанилид CS(NHC₆H₅)₂, а также при перегонке α-трифенилгуанидина получается (Weith) дифенилкарбодиимид C₆H₅.N:С:N.C₆H₅, в виде сиропа, застывающего в стеклообразную массу, кипящего при 330 — 331° и при кипячении со спиртовым раствором соляной кисл. дающего карбанилид CO(NHC₆H₅)₂. При хранении, так или в бензольном растворе, полимеризуется в фарфоровидную мало растворимую в бензоле массу, со временем становящуюся кристаллической и плавящуюся при 168 — 170°. По Шаллю и Пашковецкому, дифенилкарбодиимид представляет смесь двух модификаций, жидкой (маслообразной) и твердой, имеющей вид порошка, плавящегося при 158 — 160° и кипящего при 235 — 236° (65 мм). Жидкая легко переходит в твердую при растирании со спиртом; обратно, твердая постепенно переходит в жидкую при 110°. При быстром охлаждении расплавленного дифенилкарбодиимида он дает третью, аморфную модификацию, с темп. пл. 96 — 98°, при дальнейшем нагревании переходящую во вторую модификацию.

П. П. Рубцов. Δ.

Циановая кислота (аллотропия). Если жидкую Ц. кислоту оставить при 0°, то она спокойно превращается в белую, аморфную, не растворимую в воде и разбавленных кислотах массу, названную Вёлером и Либихом — циамелидом; выше 0° превращение происходит со взрывом, благодаря большому выделению тепла; циамелид при перегонке дает пар Ц. кислоты; растворим в едкой щелочи, давая циановокислые соли; растворенный при нагревании в крепкой серной кислоте он превращается в циануровую кисл. (Вельцин); превращение идет и в отсутствии серной кислоты, если продолжительно нагревать циамелид, особенно в присутствии циануровой кисл. (Ван-Девентер) при температурах выше 135°; ниже этой температуры не удается наблюдать превращения; равным образом ниже этой температуры не удалось вызвать и превращения циануровой кисл. в циамелид (Ван-Девентер). Неизвестно, идет ли, начиная с 135°, превращение циамелида в циануровую кислоту до конца; это установлено для температур, лежащих выше 150° (Троост и Готфейль). Молекулярный вес циамелида неизвестен; на основании изучения скорости превращения пара Ц. кислоты в циамелид Ван-Гофф считает его = 3CHNO. Выше 150° (Троост и Готфейль; выше 135° — Ван-Девентер) Ц. кислота парообразная превращается в циануровую кислоту; явление прослежено (Троост и Готфейль) до 350°, когда Ц. кислота начинает сама разлагаться. Так как химический состав фаз тожествен, то система образована одним слагаемым (ср. Правило фаз) при двух сосуществующих фазах: газо(паро)образной и твердой; она, следовательно, моновариантна и определенной температуре должно отвечать определенное же давление пара Ц. кисл., величина которого не зависит от предыдущих состояний системы, т. е. она одна и та же, будем ли подходить к температуре опыта от более низких, или от более высоких температур. Это и найдено Троостом и Готфейлем, по которым наблюдаются:

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| при                      | 160°     | 170°     | 180°     | 195°     | 215°     | 227°     | 256°     | 330°     | 350°      |

| температурах      |            |            |            |            |            |            |            |             |             |

|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Давление, мм      | 56        | 68        | 94        | 125      | 157      | 180      | 285      | 740      | 1200     |

| рт.ст.                   |            |            |            |            |            |            |            |             |             |

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Явление усложняется тем, что максимальное давление пара Ц. кислоты (давление насыщения) не при всех температурах устанавливается с одинаковой быстротою. Между 150° и 200° процесс идет медленно, и если временным повышением температуры перейдена максимальная величина давления, то после восстановления первоначальной температуры требуется несколько суток для восстановления первоначальной величины давления. При 330° и 350° превращение идет уже быстро, и при последней температуре можно в сосуд накачивать любые количества пара CHNO, не переходя давления в 1200 мм: все избыточное количество пара успевает сгуститься в виде циануровой кислоты. Ниже 150° (135°) пар Ц. кисл. медленно сгущается в виде циамелида. Троост и Готфейль и последнему приписывают те же максимальные давления пара, что и циануровой кислоте, но, как справедливо замечает Оствальд, в это утверждение вкралось недоразумение, объясняемое тем, что эти давления измерялись ими при температурах выше 150°, когда ввиду неустойчивости циамелида, наблюдалось просто давление парообразной фазы циануровой кислоты. Почти несомненно, что диаграмма явления, данная Ван-Гоффом в его, "Vorlesungen" (I, 15), справедлива, а из нее вытекает, что нарастание давления пара для циамелида должно идти с повышением температуры быстрее, чем для циануровой кислоты, но не имеется достаточных опытных данных, чтобы решить окончательно, прав ли Роозебоом ("Heterogene Gleichgewichte", I, 135,156), предполагающий, что к этим превращениям приложима диаграмма аллотропических видоизменений фосфора (см.), причем белому фосфору отвечает Ц. кислота, а красному — циануровая, циамелид же находится к последнему в том отношении, как вода твердая к воде жидкой (см. Правило фаз, фиг. 1).

А. И. Горбов. Δ.