Ácido isociánico
Ácido isonico es un compuesto químico con la fórmula estructural HNCO, que a menudo se escribe como HN=C=O. Es una sustancia incolora, volátil y venenosa, con un punto de ebullición de 23.5 °C. Es el tautomer predominante y un isómero de ácido cínico (aka. cyanol) ()H-O−CañaN).
El anión derivado del ácido isociánico es el mismo que el anión derivado del ácido ciánico, y ese anión es [N=C=O]−, que se llama cianato. El grupo funcional relacionado −N=C=O es isocianato; es distinto del cianato (−O−C≡N), fulminato (−O−N+≡C−), y óxido de nitrilo (−C≡ N+−O−).
El ácido isociánico fue descubierto en 1830 por Justus von Liebig y Friedrich Wöhler.
El ácido isociánico es el compuesto químico estable más simple que contiene carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, los cuatro elementos más comúnmente encontrados en química y biología orgánica. Es el único bastante estable de los cuatro isómeros lineales con fórmula molecular HOCN que se han sintetizado, siendo los otros el ácido ciánico (cianol, H−O−C≡N) y el esquivo ácido fulmínico (H−C≡N+−O−) y ácido isofulmínico H−O−N+≡C−.
Estructura
Ácido isociánico (HNCO)
Aunque la estructura electrónica según la teoría del enlace de valencia se puede escribir como H−N=C=O, el espectro vibratorio tiene una banda en 2268,8 cm−1 en la fase gaseosa, lo que algunos dicen indica un triple enlace carbono-nitrógeno. Si es así, entonces la forma canónica H−N+≡C−O− es la estructura de resonancia principal.
Sin embargo, el análisis vibratorio clásico indicaría que los 2268,8 cm−1 es el tramo asimétrico N=C=O, según Colthup et al., así como el NIST Chemistry WebBook, que también informa que el estiramiento simétrico N=C=O correspondiente (débil en infrarrojo, pero fuerte en Raman) es 1327 cm−1. Con base en estas asignaciones clásicas, no es necesario invocar un estado de carga completa para los átomos de N y O para explicar los datos espectrales vibratorios.
Ácido ciánico (HOCN)
El tautómero, conocido como ácido ciánico, HOCN, en el que el átomo de oxígeno está protonado, existe en equilibrio con el ácido isociánico en una proporción de aproximadamente el 3%. El espectro vibratorio es indicativo de la presencia de un triple enlace entre los átomos de nitrógeno y carbono.
Propiedades
En solución acuosa es un ácido débil, con un pKa de 3,7:
- HNCO+ + NCO−
El ácido isociánico se hidroliza a dióxido de carbono y amoníaco:
- HNCO + H2O → CO2 + NH3
Las soluciones diluidas de ácido isociánico son estables en disolventes inertes, p.e. Éter e hidrocarburos clorados.
En altas concentraciones, el ácido isociánico se oligomeriza para dar el trímero ácido cianúrico y ciamelida, un polímero. Estas especies normalmente se separan fácilmente de los productos de reacción en fase líquida o gaseosa.
El ácido isociánico reacciona con aminas para dar ureas (carbamidas):
- HNCO + RNH2 → RNHC(O)NH2
Esta reacción se llama carbamilación.
El HNCO se añade a través de dobles enlaces ricos en electrones, como los viniléteres, para dar los isocianatos correspondientes.
El ácido isociánico, HNCO, es un ácido de Lewis cuya energía libre, entalpía y entropía cambian por su asociación 1:1 con varias bases en una solución de tetracloruro de carbono a 25 °C. Las propiedades aceptoras del HNCO se comparan con otros ácidos de Lewis en el modelo ECW.
La fotólisis a baja temperatura de sólidos que contienen HNCO crea el tautómero ácido ciánico H−O−C≡N, también llamado cianato de hidrógeno. No se ha aislado ácido ciánico puro y el ácido isociánico es la forma predominante en todos los disolventes. A veces, la información presentada sobre el ácido ciánico en los libros de referencia es en realidad sobre el ácido isociánico.
Preparación
El ácido isociánico se puede producir mediante la protonación del anión cianato, como a partir de sales como el cianato de potasio, mediante cloruro de hidrógeno gaseoso o ácidos como el ácido oxálico.
- HNCO}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">H++NCO− − restablecimiento restablecimiento HNCO{displaystyle {ce {H+ + NCO-E] HNCO.
HNCO}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bed6d4c65f701272603f1173d58f7a53f96a8453" style="vertical-align: -0.505ex; width:24.903ex; height:2.676ex;"/>
El HNCO también se puede producir mediante la descomposición térmica a alta temperatura del ácido trímero cianúrico:
- 3 HNCO}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">C3H3N3O3restablecimiento restablecimiento 3HNCO{displaystyle {ce {C3H3N3O3] 3 HNCO}}}
3 HNCO}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/16a8b9d99a5b21c44c736d0cfbc540d52ddff64e" style="vertical-align: -1.005ex; width:24.807ex; height:2.843ex;"/>
En el reverso de la famosa síntesis de urea de Friedrich Wöhler,
- HNCO + NH3}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">CO()NH2)2restablecimiento restablecimiento HNCO+NH3{displaystyle {ce {CO(NH2)2] HNCO + NH3}}
HNCO + NH3}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cab37372a876a9475c7a0254b332df8d893412b1" style="vertical-align: -1.005ex; width:30.339ex; height:3.009ex;"/>
El ácido isocyanico se produce y se trimeriza rápidamente al ácido cianurico.
Ocurrencia
El ácido isocyanico ha sido detectado en muchos tipos de entornos interestelares.
El ácido isociánico también está presente en diversas formas de humo, incluido el smog y el humo del cigarrillo. Se detectó mediante espectrometría de masas y se disuelve fácilmente en agua, lo que representa un riesgo para la salud de los pulmones.