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尿素

尿素是由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物,又称脲(与尿同音)。其化学公式为 CON2H4(NH2)2CO CN2H4O,国际非专利药品名称为 Carbamide。外观是白色晶体或粉末。它是动物蛋白质代谢后的产物,通常用作植物的氮肥。

  尿素在肝合成,是哺乳类动物排出的体内含氮代谢物。这代谢过程称为尿素循环。

  尿素是第一种以人工合成无机物质而得到的有机化合物。活力论从此被推翻。

  别名:碳酰二胺、碳酰胺、脲

  
生理

  尿素在肝脏产生后融入血液(人体内的浓度在每升2.57.5微摩尔之间),最后通过肾脏由尿排出。少量尿素由汗排出。

  生物以二氧化碳、水、天冬氨酸和氨等化学物质合成尿素。促使尿素合成的代谢途径是一种合成代谢,叫做尿素循环。此过程耗费能量,却很必要。因为氨有毒,且是常见的新陈代谢产物,必须被消除。肝脏在合成尿素时,需要N-乙酰谷氨酸作为调节。

  含氮废物具有毒性,产生自蛋白质和氨基酸的分解代谢(即脱氨基作用,是氨基酸在脱去氨基的过程,该过程生成的含氮化合物在肝脏中转化为尿素,不含氮部分转化为糖类或脂肪等)过程。大多数生物必须再处理之。海生生物通常直接以氨的形式排入海水。陆地生物则转化氨为尿素或尿酸再排出。鸟和爬行动物通常排泄尿酸,其它动物(如哺乳动物)则是尿素。例外如,水生的蝌蚪排泄氨,但在其蜕变过程转为排泄尿素;大麦町狗主要排泄尿酸,不是尿素,因为其尿素循环中的一个转换酶的基因坏了。

  哺乳动物以肝脏中的一个循环反应产生尿素。这循环最早在1932年被提出,其反应起点是氨的分解。1940年代澄清瓜氨酸和精氨基琥珀酸的作用后,它已完全被理解。在这循环中,来自氨和 L-天冬氨酸的氨基被转换为尿素,起中介作用的是 L-鸟氨酸、瓜氨酸、L-精氨酸-琥珀酸和 L-精氨酸。

  尿素循环是哺乳动物和两栖动物排泄含氮代谢废物的主要途径。但别种生物亦然,如鸟类、无脊椎动物、昆虫、植物、酵母、真菌和微生物。

  尿素对生物基本是废物,但仍有正面价值。比如,肾小管里的尿素被引入肾皮质以提高其渗透浓度,促使水份从肾小管渗透回身体再利用。

  
化学性质

  分子式:CO(NH2)2,分子量 6006 CO(NH2)2 无色或白色针状或棒状结晶体,工业或农业品为白色略带微红色固体颗机无臭无味。密度1335g/cm3。熔点1327。溶于水、醇,不溶于乙醚、氯仿。呈微碱性。可与酸作用生成盐。有水解作用。在高温下可进行缩合反应,生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至160分解,产生氨气同时变为氰酸。因为在人尿中含有这种物质,所以取名尿素。尿素含氮(N)46%,是固体氮肥中含氮量最高的。

  生产方法:工业上用液氨和二氧化碳为原料,在高温高压条件下直接合成尿素,化学反应如下。

  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。

  对热不稳定,加热至150~160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。

  2NH3+CO2→NH2COONH4→CO(NH2)2+H2O尿素易溶于水,在20100毫升水中可溶解105克,水溶液呈中性反应。尿素产品有两种。结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形,吸湿性强。粒状尿素为粒径12毫米的半透明粒子,外观光洁,吸湿性有明显改善。20时临界吸湿点为相对湿度80%,但30时,临界吸湿点降至72.5%,故尿素要避免在盛夏潮湿气候下敞开存放。目前在尿素生产中加入石蜡等疏水物质,其吸湿性大大下降。

  尿素是一种高浓度氮肥,属中性速效肥料,也可用了生产多种复合肥料。在土壤中不残留任何有害物质,长期施用没有不良影响。畜牧业可用作反刍动物的饲料。 但在造粒中温度过高会产生少量缩二脲,又称双缩脲,对作物有抑制作用。我国规定肥料用尿素缩二脲含量应小于0.5%。缩二脲含量超过1%时,不能做种肥,苗肥和叶面肥,其他施用期的尿素含量也不宜过多或过于集中。

  尿素是有机态氮肥,经过土壤中的脲酶作用,水解成碳酸铵或碳酸氢铵后,才能被作物吸收利用。因此,尿素要在作物的需肥期前48天施用。

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