Карбаминовая кислота

Карбаминовая кислота
Структурная и шаростержневая модель карбаминовой кислоты
Общие
Систематическое наименование	Карбаминовая кислота
Хим. формула	СH3NO2
Рац. формула	NH2COOH
Физические свойства
Молярная масса	61,040[1] г/моль
Классификация
Рег. номер CAS	463-77-4
PubChem	277
SMILES	C(=O)(N)O
InChI	InChI=1S/CH3NO2/c2-1(3)4/h2H2,(H,3,4) KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N
ChEBI	28616
ChemSpider	271
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Карбаминовая кислота (аминокарбоновая, аминометановая или аминомуравьиная кислота, моноамид угольной кислоты) — органическая кислота с химической формулой NH₂COOH. В свободном состоянии очень неустойчива и при температуре выше 250 K (-23 °C) разлагается на аммиак и углекислый газ^[2], а в присутствии воды также образуется карбонат аммония. Её соли и сложные эфиры систематически называют карбаматами, сложные эфиры часто также называют уретанами.

В чистом виде не выделена. При пропускании сухих СО₂ и NH₃ через абсолютный спирт при охлаждении осаждается карбаминово-аммиачная соль NH₂COONH₄ в виде кристаллического порошка, которая тоже весьма неустойчива и разлагается при температурах заметно ниже 0 °C, хотя её и можно выделить с свободном виде^[3]. Побочным продуктом в этой же реакции получается и сама карбаминовая кислота. В твёрдой фазе она, по-видимому, состоит из димеров, причем две молекулы соединены водородными связями между двумя карбоксильными группами -COOH, а не посредством взаимодействия групп -NH₂ и -COOH, как в аминокислотах^[4].

Карбаминовую кислоту можно рассматривать как молекулу, содержащую в своём составе аминогруппу и карбоксильную группу, и, следовательно, как аминокислоту^[2]; однако присоединение карбоксильной группы -COOH непосредственно к атому азота без какой-либо промежуточной углеродной цепи заставляет ее вести себя совсем не так, как аминокислоты с промежуточной углеродной цепью. Поэтому простейшей аминокислотой считается глицин NH₂CH₂COOH. Гидроксильная группа -ОН, присоединенная к углероду, также исключает ее из класса амидов.

Термин «карбаминовая кислота» также используется в общем для любых соединений формы RR’NCOOH, где R и R' представляют собой органические группы или водород^[5].

Карбаминовая кислота представляет собой плоскую молекулу^[6].

Аминогруппа карбаминовой кислоты, в отличие от большинства аминов, не протонируется до аммонийной группы NH+
3-. Цвиттер-ионная форма H₃N⁺−COO⁻ очень нестабильна и быстро разлагается на аммиак и диоксид углерода^[7], однако есть сообщение о его обнаружении во льдах, облученных протонами высокой энергии^[6].

Известны соли с неорганическим катионом, в частности аммонийная соль, соли щелочных и щёлочноземельных элементов^[3].

Хлорангидрид карбаминовой кислоты CO(NH₂)Cl получается при действии сухого хлороводорода на циановокислые соли:

${\displaystyle {\ce {AgCNO + 2HCl -> AgCl + CO(NH2)Cl}}}$

или при действии фосгена на нашатырь при нагревании:

${\displaystyle {\ce {COCl2 + NH4Cl -> CO(NH2)Cl + 2HCl}}}$

Хлорангидрид представляет собой жидкость с резким запахом, иногда образует призматические кристаллы с температурой плавления 50 °С и температурой кипения 60-62 °С, разлагаясь при кипении на хлороводород и циановую кислоту, которые при охлаждении вновь соединяются, но лишь отчасти, так как главная масса циановой кислоты превращается при этом в циамелид. Постепенное превращение в циамелид с потерей HCl происходит и при хранении при комнатной температуре. Водой хлорангидрид энергично разлагается на углекислоту и нашатырь^[3].

Карбаминовая кислота формально является исходным соединением для нескольких важных семейств органических соединений:

• 
  карбаминовые кислоты
• 
  карбамат-анионы
• 
  карбаматы или уретаны
• 
  карбамоилхлориды

Многие замещенные карбаминовые кислоты (RHNCOOH или RR’NCOOH) можно легко синтезировать путем пропускания диоксида углерода через раствор соответствующего амина (RNH₂ или RR’NH, соответственно) в соответствующем растворителе, таком как диметилсульфоксид или сверхкритический диоксид углерода^[5]. Эти карбаминовые кислоты обычно нестабильны при комнатной температуре и превращаются в исходный амин и двуокись углерода^[8].

В отличие от карбаминовых кислот, сложные эфиры карбаминовой кислоты обычно стабильны при комнатной температуре. Их получают реакцией карбамоилхлоридов со спиртами, добавлением спиртов к изоцианатам и реакцией карбонатных эфиров с аммиаком^[9]. Метилкарбамат и этилкарбамат являются одними из простейших примеров и исторически использовались в текстильной промышленности, оба в настоящее время считаются канцерогенами. Также известен бензилкарбамат.

Фермент карбаматкиназа, участвующий в нескольких метаболических путях живых организмов, катализирует образование карбамоилфосфата H₂N−C(=O)−O−PO₃²⁻:

АТФ + NH₃ + CO₂ ⇌ АДФ + H₂N−C (= O)−O−PO₃²⁻

Одна молекула гемоглобина может переносить четыре молекулы углекислого газа в легкие в виде карбаматных групп, образующихся в результате реакции CO₂ с четырьмя концевыми аминогруппами дезоксиформы. Полученное соединение называется карбгемоглобин.

Он играет роль метаболита кишечной палочки^[1].

Образование метаболитов карбаматглюкуронидов было описано для многих фармацевтических препаратов, и они были идентифицированы у всех видов, обычно используемых в исследованиях метаболизма лекарств (крыса, собака, мышь, кролик, морская свинка и человек). Не было выявлено явной видовой специфичности их образования и предпочтения аминов 1-й или 2-й степени. В литературе также описано много биологических реакций, включающих реакцию СО₂ с аминогруппами биомолекул. Например, СО₂, образующийся при клеточном дыхании, частично выводится за счет обратимого образования карбамата между СО₂ и -аминогруппами альфа- и бета-цепей гемоглобина^[1].

Имеются предпосылки к её наличию в молекулярных облаках межзвёздной среды^[4].

Карбаминовая кислота является промежуточным продуктом в промышленном производстве мочевины, которая включает реакцию двуокиси углерода и аммиака^[10].

CO₂ + NH₃ → H₂NCOOH

H₂NCOOH + NH₃ → CO(NH₂)₂ + H₂O

Некоторые сложные эфиры карбаминовой кислоты используются в качестве миорелаксантов, в том числе эмилкамат, фенпробамат, стирамат и другие. Они связываются с барбитуратным участком рецептора ГАМК_A^[11].

Было разработано несколько инсектицидов на основе карбаминовой кислоты; например, алдикарб, севин, карбофуран^[12].

Аминогруппа может быть защищена от нежелательных реакций путём образования карбаматной защитной группы -NHC(=O)-OR. При гидролизе сложноэфирной связи образуется карбаминовая кислота -NHC(= O)OH, которая затем теряет двуокись углерода с получением желаемого амина.

Карбаминовая кислота иногда обнаруживается в виде карбамата у рабочих, подвергшихся воздействию пестицидов. Карбаматы, особенно карбофуран, по-видимому, больше связаны с обильной и разнообразной симптоматикой воздействия пестицидов, чем органофосфаты. Неврологические симптомы возникают у фермеров, подвергающихся профессиональному воздействию инсектицидов, ингибирующих ацетилхолинэстеразу, таких как карбаматы. Продукты карбаминовой кислоты нескольких аминов, таких как бета-N-метиламино-L-аланин (БМАА), этилендиамин и L-цистеин, были причастны к токсичности. Исследования показали, что значительная часть аминосоединений в биологических образцах (которые естественным образом содержат CO₂/бикарбонат) могут присутствовать в виде карбаминовой кислоты^[1].