尿素的性质、合成与应用.doc

尿素的性质、合成与应用尿素，又叫碳酰二氨、碳酰胺、脲， 由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物。化学式是CO(NH2)2，它是人体或其他哺乳动物中含氮物质（蛋白质等）代谢的主要最终产物，由氨与二氧化碳通过鸟氨酸循环而缩合生成，主要随尿排出。尿素是第一种以人工合成无机物质而得到的有机化合物。尿素的性质纯尿素为白色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶体；工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒，有刺鼻性气味；含氮量约为46.67%，是固体氮肥中含氮量最高的；密度1.335g/cm3；熔点132.7；能溶于水、醇，难溶于乙醚、氯仿；具有吸湿性，易潮解；呈弱碱性。 图1 尿素 图2 尿素的球棍模型图尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二氧化碳。在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。对热不稳定，加热至150160将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。（机理：先脱氨生成异氰酸（HN=C=O），再三聚。）与乙酰氯或乙酸酐作用可生成乙酰脲与二乙酰脲。在乙醇钠作用下与丙二酸二乙酯反应生成丙二酰脲（又称巴比妥酸，因其有一定酸性）。在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应，缩聚成脲醛树脂。与水合肼作用生成氨基脲。尿素的合成1773年，鲁爱尔在蒸发人尿时获得了一中白色的结晶物质，因而命名为尿素。1828年，德国化学家弗里德里希维勒首次使用无机物质氰酸氨与硫酸铵人工合成了尿素。本来他打算合成氰酸铵，却得到了尿素。尿素的合成揭开了人工合成有机物的序幕。因为在此之前，人们一直坚信着活力论无机物与有机物有根本性差异，无机物所以无法变成有机物，有机化合物只能由生物的细胞在一种特殊的力量生命力的作用下产生，人工合成是不可能的。尿素的合成打破了前人有关无机物和有机物界限的传统观点，证明了活力论的错误，证明了无机物也能合成有机物。由于尿素在生活、生产中有着广泛的应用，需求量大，所以改进、创新尿素的合成方法的工作一直在进行着，1868年，巴扎罗夫提出高压下加热氨基甲酸铵脱水生成尿素的方法；1992年德国法奉公司奥堡工厂实现了以NH3和CO2直接合成尿素的工业化生产，从而奠定了现代工业尿素的生产基础。实际现在尿素的生产方法有50余种，但实现工业化的只有氰氨化钙（石灰氨）法和氨与CO2直接合成两种方法。下面我们介绍尿素通过液氨和气体二氧化碳来合成的方法。生产尿素的原料主要是液氨和二氧化碳气体，液氨是合成氨厂的主要产品，二氧化碳气体是合成氨原料气净化的副产品。合成尿素用的液氨要求纯度高于99.5%，油含量小于10PPm,水和惰性物小于0.5%并不含催化剂粉，铁锈等固体杂质.要求二氧化碳的纯度大于98.5%。一般认为合成尿素的反应是在液相中分两步进行的：第一步，让液氨与二氧化碳在高温、高压作用下生成氨基甲酸铵，即甲铵生成反应2NH3+ CO2 = NH4COONH2 第二步，甲铵脱水反应得到尿素： NH4COONH2 = CO(NH2)2+H2O第一步是放热的快速反应，第二步是微吸热反应，反应速度较慢，它是合成尿素过程中的控制反应。总反应为：2NH3+CO2= CO(NH2)2 +H2O该反应是放热的可逆反应，其产率受到化学平衡的限制，只能部分的转化为尿素，一般转化率为5070%。因而，按转化物的循环利用程度，尿素的生产方法可分为不循环法、半循环法和全循环法三种。20世纪60年代以来，全循环法在工业上得到普遍的使用。全循环法是将未转化成尿素氨和二氧化碳经多段蒸馏和分离后，全部返回合成系统循环利用，原料氨利用率达到97%以上。全循环法尿素主要包括四个基本过程：氨和二氧化碳的供应及净化；氨和二氧化碳合成尿素；未反应物的分离与回收；尿素溶液的加工。 在尿素生产过程中，主要有两类副反应：尿素缩合反应和水解反应。尿素缩合成缩二脲反应如下： 2CO(NH2)2 = NH2CONHCONH2 + NH3另一副反应水解反应 CO (NH2)2 + H2O = 2NH3 + CO2当温度在60以下时，尿素水解缓慢；温度到100 时尿素水解速度明显加快；温度在145以上时，水解速度剧增。尿素浓度低时，水解率大。氨也有抑制尿素水解的作用，氨含量高的尿素溶液的水解率低。为了提高产量，要选择适当的条件，抑制副反应的发生。尿素的应用全世界每年工业的尿素产量约为十亿吨。我国目前年产量约5700万吨。尿素在生活、生产中有着广泛的应用。尿素最重要的用途是作肥料，它是一种高养分和高效固体氮肥，属中性速效肥料，长期施用不会使土壤发生板结。其分解释放出的CO2也可以被作物吸收，促进植物的光合作用。在土壤中，尿素能增进磷、钾、钙和镁的有效性，且不会在土壤中有任何残存废物。在有机合成工业上，尿素可用来制取高聚物合成材料，尿素甲醛树脂可用于生产塑料、漆料和胶合剂等。在医药工业上，其可作为利尿剂、镇静剂、止痛剂等药剂的原料。尿素还可用作牛等反刍动物的辅助饲料，反刍动物胃中的微生物将尿素的胺态氮转变为蛋白质，使动物肉、奶增产，但其在饲料中的最高掺入量不得超过反刍动物所需蛋白质量的1/3。此外，尿素在化妆品中也有很好的应用，尿素是一种很好用的保湿成分，它就存在于肌肤的角质层当中，属于肌肤天然保湿因子NMF的主要成分。对肌肤来说，尿素具有保湿以及柔软角质的功效，所以也能够防止角质层阻塞毛细孔，藉此改善粉刺的问题，常用于面膜、护肤水、膏霜、护手霜等产品中保湿成份的添加，添加比例为3-5%。另外，尿素在药品、