319

Производные угольной кислоты

Угольную кислоту формально можно рассмотреть как карбоновую кислоту, которая вместо углеводородого остатка содержит гидроксильную группу.

Cвойства производных угольной кислоты в основном подобны свойствам производных карбоновых кислот. Отличие от карбоновых кислот состоит в том, что производные угольной кислоты представляют собой результат замещения одной или двух гидроксильных групп.

Поэтому и те и другие являются бифункциональными соединениями. Это открывает допонительные возможности вариации их структуры, а также делает симметричные структуры потенциальным сырьем для получения поликонденсационных полимеров.

Рассмотрим некоторые наиболее важные производные угольной кислоты.

Фосген хлоругольная кислота

Фосген является устойчивым соединением, хлоругольная кислота неустойчива, известны ее производные, например эфиры.

Ф осген получают свободнорадикальным хлорированием оксида углерода (II)

Ф осген и эфиры хлоругольной кислоты проявляют свойства хлорангидридов карбоновых кислот, однако в отличие от последних более реакционноспособны в реакциях нуклеофильного замещения. Они являются реагентами для получения эфиров угольной и хлоругольной кислот.

Если в качестве реагента используют фенолы, то результатом является образование диарилкарбонатов.

Ф осген является бифункциональным соединением, поэтому его используют для получения пластмасс – поликарбонатов.

Эфиры угольной кислоты

Эти соединения проявляют свойства обычных эфиров карбоновых кислот, в том числе вступают в реакции сложноэфирной конденсации и поэтому используются в органическом синтезе для введения в структуру органических алкоксикарбонильной группы.

Амиды угольной кислоты

Типичным представителем амидов угольной кислоты является мочевина (карбамид)

В промышленности она может быть получена из аммиака и CO₂

П роцесс проводят при 180-200⁰С, 18-20 МПа и 100%-ном избытке NH₃. Замещенные мочевины могут быть получены взаимодействием фосгена с аминами

Эта реакция осуществляется ступенчато через промежуточное образование карбаминоилхлорида

М ожно видеть, что синтез замещенных мочевин требует применение избытка амина. Если реакцию проводить в избытке фосгена, то количественно образуется карбаминоил хлорид (реакция (1)). Последний может быть использован для получения изоцианатов RN=C=O:

причем реакцию проводят в условиях диссоциации образующегося гидрохлорида амина, образующегося на стадии (1) и снова вовлекающегося в реакцию (4).

Суммируя реакции (1), (3), (4), имеем стехиометрию процесса синтеза изоцианата

Изоцианаты используют для получения уретанов (эфиров карбаминовой кислоты)

^{/ /}

Cами карбаминовые кислоты RNHCOOH , представляющие собой амиды, нестабильны и легко распадаются на амины(аммиак) и CO₂

Практическое значение имеют диизоцианаты, образующие при сополимеризации с двухатомными спиртами полиуретаны.

Полиуреаны применяют для получения синтетических волокон, каучуков, клеев и лаков. Из них получают пенопласты, для чего в процессе полимеризации добавляют немного воды, которая гидролизует часть изоцианитных групп с выделением диоксида углерода.

CO₂ вспенивает полимер, придавая ему пористую структуру.

Другой способ получения уретанов (карбаматов) – амидирование эфиров хлоругольной кислоты:

^{/ /}

Многие эфиры замещенных карбаминовых кислот являются ценными пестицидами, достаточно легко разлагающимися в природных условиях с образованием малотоксичных соединений. Саму мочевину широко используют в сельском хозяйстве как высококачественное удобрение и кормовую добавку. Другие

направления использования мочевины – карбамидная депарафинизация и синтез мочевино – формальдегидных смол