Сразу предупреждаем: здесь вы не найдете информации о том, как синтезировать или где раздобыть цианиды. Читателям и сочинителям детективов это не особенно интересно, а злодеям помогать мы не намерены.
О безвредных цианидах
Среди широко распространенных цианидов сравнительно немного настоящих ядов. (Но, как правило, цианидами называют именно их.) Это растворимые цианиды щелочных металлов (калия и натрия), свободный цианистый водород (синильная кислота), дициан, галоидоцианы и некоторые другие производные. А вот известные своей светостойкостью синие краски «берлинская лазурь» и «турнбулева синь», представляющие собой цианидные комплексы железа, абсолютно безвредны.
Почему умер Шееле, а Пуаро остался в живых
Один из распространенных мифов: цианиды убивают потому, что связывают железо, содержащееся в гемоглобине крови, и таким образом лишают ее способности переносить кислород. На самом деле отравляющее действие цианидов основано на том, что они блокируют ферменты тканевого дыхания. Кровь человека, отравленного цианидами, даже венозная, как раз насыщена кислородом до предела и имеет характерный ярко-алый цвет. Но ткани теряют способность усваивать кислород, переносимый кровью, и организм задыхается.
Безвредные
Берлинская лазурь Fe3[Fe(CN)6]2
Циангидрин глюкозы CH2OH(CHOH)4CH(OH)CN
Ядовитые
Ацетонитрил CH3CN
Красная кровяная соль K3[Fe(CN)6]
Нитропруссид натрия Na2[Fe(CN)5NO]
Смертельно ядовитые
Фенилцианарсин
Йодциан ICN
Циан (дициан) N=C-C=N
Некоторые циансодержащие соединения, ядовитые и безвредные
При введении яда непосредственно в кровь или вдыхании газообразных цианидов в больших концентрациях человек может погибнуть в течение нескольких секунд. Малые же концентрации цианидов нейтрализуются определенными защитными механизмами. Впрочем, об этом чуть позже. А теперь рассмотрим подробнее вещества, о которых пойдет речь.
С цианистым водородом в истории химии связан еще один миф: якобы первооткрыватель его, Карл Вильгельм Шееле, погиб в момент открытия. Это, так сказать, полуправда. На самом деле Шееле впервые получил синильную кислоту из желтой кровяной соли в 1782 году, а умер в 1786 году, в возрасте 44 лет. Однако не подлежит сомнению, что Шееле погубили органолептические методы исследования. В XVIII веке было принято пробовать на вкус продукты реакции, а Шееле, помимо цианидов, работал с соединениями ртути и мышьяка.
Обо всем этом сочинители детективов часто забывают. Даже Агата Кристи, дама безусловно сведущая в фармакологии. В ее рассказе «Гнездо ос» человек пытается инсценировать собственное убийство (он смертельно болен и, кроме того, желает навлечь обвинение на любовника невесты). Он носит в кармане, в обычном бумажном пакетике, цианистый калий, чтобы подсыпать его себе в чашку. Великий же сыщик Эркюль Пуаро вынимает у него из кармана цианид и подменяет содой. Если бы все происходило на самом деле, очень возможно, что до развязки не дожили бы ни преступник, ни сыщик. По крайней мере, дурноту почувствовали бы оба.
Цианиды с солью и сахаром
Но вернемся в светскую, мирную обстановку. Герой подносит бокал к губам и, разумеется, ощущает запах горького миндаля. Опять вранье, точнее, живучий миф. А возник он вот почему. В горьком миндале (как, впрочем, и во многих других косточковых) содержится гликозид амигдалин, который при разрушении зерен расщепляется с образованием глюкозы, синильной кислоты и бензальдегида. Последний и является носителем специфического запаха. Сама синильная кислота пахнет совсем по другому и намного слабее.
Миф о запахе горького миндаля укоренился настолько прочно, что захватил даже химфак МГУ. Когда я там учился, один шутник из моей группы пугал слабонервных девушек, публично глотая «цианистый калий», сделанный из поваренной соли с маленькой добавкой бензальдегида. Горьким миндалем эта смесь благоухала вовсю, девушки были в шоке.
А после разоблачения этот артист демонстрировал уже мне проглатывание небольших количеств настоящего цианистого калия, насыпанного на увлажненный кусочек сахара. Головной болью потом он мучился. Причем тут сахар, мы расскажем чуть позже.
Так ли страшен цианистый калий?
Стало быть, унюхать цианистый калий герою не удалось. Ну хоть какой-то способ узнать, что ему подсыпали, есть?
Однако шансы на спасение у жертвы, как ни странно, неплохие. Если, конечно, герои детектива хоть немного разбираются в химии.
Цианидные отравления (когда речь идет о крохотных дозах) относятся к числу наиболее легко излечимых и создающих минимальное количество осложнений. Лечение основано, как правило, на непосредственном связывании цианидов, попавших в кровь, в нетоксичные соединения. (Разумеется, эффективность антидотов достаточно велика только в первые минуты после отравления.)
Метгемоглобинобразователи наиболее эффективны из всех антидотов, так как действуют быстрее других, но в то же время они и опасны сами по себе. Как легко догадаться, при их передозировке кровь потеряет способность переносить кислород (то есть произойдет именно то, в чем несправедливо обвиняют цианиды). Кроме того, реакция образования цианметгемоглобина обратима, и со временем часть цианида будет высвобождаться обратно. Поэтому антидоты этой группы применяют обычно в сочетании с антидотами других групп.
Опять о Распутине
Еще один миф, связанный с цианидами: если злодей переусердствовал и всыпал в чашку много больше смертельной дозы, именно переизбыток и спасает жертву от отравления. Пошел этот миф, вероятно, от того, что из растворов цианистого калия на воздухе выделяется газообразная синильная кислота. Если раствор концентрированный и синильной кислоты много, при вдыхании ее быстро наступает отравление, сопровождающееся потерей сознания. Так что употребитель отравы может просто не успеть ее выпить.
Напоследок просьба к любителям детективов: если когда-нибудь встретите в любимом жанре хорошие химические ляпы, не забудьте поделиться радостью с «Химией и жизнью». Долой необразованность в рядах писателей!
бесцветный газ или бесцветная легколетучая жидкость
Молярная масса
27,0253 г/моль
Плотность
0,687 г/см³
Динамическая вязкость (ст. усл.)
0,201 Па·с (при 20 °C)
Термические свойства
Температура плавления
−13,4 °C
Температура кипения
26,7 °C
Температура вспышки
−17,8 °C
Молярная теплоёмкость (ст. усл.)
(средняя для газа и жидкости) 1,97 Дж/(моль·К)
Химические свойства
pKa
9,21
Растворимость в воде
в любых пропорциях г/100 мл
Оптические свойства
Показатель преломления
1,2675
Структура
Дипольный момент
2,98 Д
Классификация
Рег. номер CAS
74-90-8
SMILES
C#N
Номер ООН
1051 (безводная)
Регистрационный номер EC
200-821-6
RTECS
MW6825000
Безопасность
ЛД50
мыши (перорально) 3.7 мг/кг
Токсичность
Синильная кислота содержится в некоторых растениях, коксовом газе, табачном дыме, выделяется при термическом разложении нейлона, полиуретанов. Смешивается во всех отношениях с водой, этанолом, диэтиловым эфиром.
Содержание
Свойства
Химические
Молекула HCN сильно полярна (μ = 0,96·10 −29 Кл·м).
Безводный цианистый водород является сильно ионизирующим растворителем, растворенные в нем электролиты хорошо диссоциируют на ионы. Его относительная диэлектрическая проницаемость при 25 °C равна 107 (выше, чем у воды). Это обусловлено линейной ассоциацией полярных молекул HCN за счет образования водородных связей.
Очень слабая одноосновная кислота К = 1,32·10 −9 (18 °C). Образует с металлами соли — цианиды. Взаимодействует с оксидами и гидроксидами щелочных и щёлочноземельных металлов.
Пары синильной кислоты горят на воздухе фиолетовым пламенем с образованием Н2О, СО2 и N2. В смеси кислорода со фтором горит с выделением большого количества тепла:
кДж.
Синильная кислота широко применяется в органическом синтезе. Она реагирует с карбонильными соединениями, образуя циангидрины:
С хлором, бромом и иодом прямо образует циангалогениды:
С галогеналканами — нитрилы (реакция Кольбе):
С алкенами и алкинами реагирует, присоединяясь к кратным связям:
Легко полимеризуется в присутствии основания (часто со взрывом). Образует аддукты, например HCN-CuCl.
Физиологические
Синильная кислота является веществом, вызывающим кислородное голодание тканевого типа. При этом наблюдается высокое содержание кислорода как в артериальной, так и в венозной крови и уменьшение таким образом артерио-венозной разницы, резкое понижение потребления кислорода тканями с уменьшением образования в них углекислоты. Синильная кислота и её соли, растворенные в крови, достигают тканей, где вступают во взаимодействие с трехвалентной формой железа цитохромоксидазы. Соединившись с цианидом, цитохромоксидаза утрачивает способность переносить электроны на молекулярный кислород. Вследствие выхода из строя конечного звена окисления блокируется вся дыхательная цепь и развивается тканевая гипоксия. Кислород доставляется к тканям в достаточном количестве с артериальной кровью, но ими не усваивается и переходит в неизмененном виде в венозное русло. Одновременно нарушаются процессы образования макроэргов, необходимых для нормальной деятельности различных органов и систем. Активизируется гликолиз, то есть обмен с аэробного перестраивается на анаэробный. Также подавляется активность и других ферментов — каталазы, пероксидазы, лактатдегидрогеназы.
Действие на нервную систему
В результате тканевой гипоксии, развивающейся под влиянием синильной кислоты, в первую очередь нарушаются функции центральной нервной системы.
Действие на дыхательную систему
В результате острого отравления наблюдается резко выраженное увеличение частоты и глубины дыхания. Развивающуюся одышку следует рассматривать как компенсаторную реакцию организма на гипоксию. Стимулирующее действие синильной кислоты на дыхание обусловлено возбуждением хеморецепторов каротидного синуса и непосредственным действием яда на клетки дыхательного центра. Первоначальное возбуждение дыхания по мере развития интоксикации сменяется его угнетением вплоть до полной остановки. Причинами этих нарушений являются тканевая гипоксия и истощение энергетических ресурсов в клетках каротидного синуса и в центрах продолговатого мозга.
Действие на сердечно-сосудистую систему
Изменения в системе крови
Содержание в крови эритроцитов увеличивается, что находит объяснение в рефлекторном сокращении селезенки в ответ на развивающуюся гипоксию. Цвет венозной крови становится ярко-алым за счет избыточного содержания кислорода, не поглощенного тканями. Артерио-венозная разница по кислороду резко уменьшается. При угнетении тканевого дыхания изменяется как газовый, так и биохимический состав крови. Содержание CO2 в крови снижается вследствие меньшего образования и усиленного её выделения при гипервентиляции. Это приводит в начале развития интоксикации к газовому алкалозу, который меняется метаболическим ацидозом, что является следствием активации процессов гликолиза. В крови накапливаются недоокисленные продукты обмена. Увеличивается содержание молочной кислоты, нарастает содержание ацетоновых тел, отмечается гипергликемия. Нарушением окислительно-восстановительных процессов в тканях объясняется развитие гипотермии. Таким образом, синильная кислота и её соли вызывают явления тканевой гипоксии и связанные с ней нарушения дыхания, кровообращения, обмена веществ, функции центральной нервной системы, выраженность которых зависит от тяжести интоксикации.
Получение
В настоящий момент есть три наиболее распространенных метода получения синильной кислоты в промышленных масштабах:
Применение
В химическом производстве
Является сырьём для получения акрилонитрила, метилметакрилата, адипонитрила и других соединений. Синильная кислота и большое число её производных используются при извлечении благородных металлов из руд, при гальванопластическом золочении и серебрении, в производстве ароматических веществ, химических волокон, пластмасс, каучука, органического стекла, стимуляторов роста растений, гербицидов.
Как отравляющее веществo
Соли синильной кислоты называются цианидами. Цианиды подвержены сильному гидролизу. При хранении водных растворов цианидов при доступе диоксида углерода они разлагаются:
Ион CN − (изоэлектронный молекуле СО) входит как лиганд в большое число комплексных соединений d-элементов. Комплексные цианиды в растворах очень стабильны.
Цианиды тяжёлых металлов термически неустойчивы; в воде, кроме цианида ртути (Hg(CN)2), нерастворимы. При окислении цианиды образуют соли — цианаты:
Многие металлы при действии избытка цианида калия или цианида натрия дают комплексные соединения, что используется, например, для извлечения золота и серебра из руд:
Биологические свойства
При вдыхании синильной кислоты в небольших концентрациях наблюдается царапанье в горле, горький вкус во рту, головная боль, тошнота, рвота, боли за грудиной. При нарастании интоксикации уменьшается частота пульса, усиливается одышка, развиваются судороги, наступает потеря сознания. При этом цианоз отсутствует (содержание кислорода в крови достаточное, нарушена его утилизация в тканях).
Антидоты синильной кислоты
Для лечения отравлений синильной кислотой известно несколько антидотов, которые могут быть разделены на две группы. Лечебное действие одной группы антидотов основано на их взаимодействии с синильной кислотой с образованием нетоксичных продуктов. К таким препаратам относятся, например, коллоидная сера и различные политионаты, переводящие синильную кислоту в малотоксичную роданистоводородную кислоту, а также альдегиды и кетоны (глюкоза, диоксиацетон и др.), которые химически связывают синильную кислоту с образованием циангидринов. К другой группе антидотов относятся препараты, вызывающие образование в крови метгемоглобина: синильная кислота связывается метгемоглобином и не доходит до цитохромоксидазы. В качестве метгемоглобинообразователей применяют метиленовую синь, а также соли и эфиры азотистой кислоты. Одним из антагонистов синильной кислоты является сахар.
Сравнительная оценка антидотных средств: метиленовая синь предохраняет от двух смертельных доз, тиосульфат натрия и тетратиосульфат натрия — от трёх доз, нитрит натрия и этилнитрит — от четырёх доз, метиленовая синь совместно с тетратиосульфатом — от шести доз, амилнитрит совместно с тиосульфатом — от десяти доз, азотистокислый натрий совместно с тиосульфатом — от двадцати смертельных доз синильной кислоты.
Синильная кислота (цианистоводородная кислота) — газ или бесцветная жидкость (г. кип. 25,6 °С, т. пл.— 13,3 °С, плотность 0,699), имеет запах горького миндаля, легко смешивается с водой и с рядом органических растворителей. При — 13,3 °С синильная кислота затвердевает, образуя волокнистую кристаллическую массу. Синильная кислота является слабой кислотой. Ее вытесняют из солей даже углекислота и слабые органические кислоты.
В свободном состоянии в природе синильная кислота не встречается. Она встречается в виде химических соединений, к числу которых относятся гликозиды (амигдалин, пруназин, дур-рин и др.). Амигдалин содержится в семенах горького миндаля, косточках персиков, абрикосов, слив, вишен, в листьях лавровишни и др. Этот гликозид под влиянием фермента эмульсина, а также под влиянием кислот разлагается на глюкозу, бензальдегид и синильную кислоту. Пруназин содержится в пенсильванской вишне, а дуррин — в просе. Синильная кислота может образовываться при горении целлулоида. Следы этой кислоты содержатся в табачном дыме.
Соли синильной кислоты (цианиды) легко гидролизуются d воде. При хранении водных растворов цианидов при доступе диоксида углерода они разлагаются:
В водных растворах разлагаются не только цианиды, но и сама синильная кислота:
Применение. Действие на организм. Синильная кислота и ее соли применяются для синтеза ряда органических соединений, при добыче золота, для дезинфекции и дезинсекции, для борьбы с вредителями растений и т. д. Из соединений синильной кислоты, применяемых в народном хозяйстве, большое значение имеют цианиды натрия и калия.
Синильная кислота угнетает внутриклеточные железосодержащие дыхательные ферменты. При угнетении цитохромоксидазы синильной кислотой клетки организма не усваивают кислород, поступающий с кровью. В результате этого наступает клеточное кислородное голодание, несмотря на то, что кровь насыщенна кислородом. Цианиды также могут блокировать гемоглобин крови, нарушая его функции.
Синильная кислота может поступать в организм с вдыхаемым воздухом и частично через неповрежденную кожу, а цианиды — через пищевой канал.
Метаболизм. Метаболитом синильной кислоты является тиоцианат (роданид), который образуется в организме при конъюгации цианидов с серой под влиянием фермента роданазы.
Изолирование синильной кислоты и цианидов из биологического материала производят перегонкой с водяным паром. Для этой цели собирают 3—5 мл первого дистиллята в пробирку,
содержащую 2 мл 2 %-го раствора гидроксида натрия. Поскольку синильная кислота быстро разлагается в организме, исследование биологического материала на наличие этой кислоты и ее солей желательно проводить сразу же после вскрытия трупов.
При отравлении синильной кислотой и цианидами на химико-токсикологическое исследование берут желудок с содержимым, печень и почки. Ввиду быстрого разложения синильной кислоты и цианидов в тканях организма эти яды можно обнаружить в содержимом желудка и не обнаружить в паренхиматозных органах.
При заключении об отравлении синильной кислотой и цианидами (на основании результатов химико-токсикологического анализа биологического материала) следует учитывать то, что цианиды в небольших количествах (около 6 мкг %) могут быть в моче лиц, неподвергавшихся воздействию этих соединений. В моче курящих количество цианидов может быть почти в 3 раза больше, чем в крови некурящих. В крови цианиды могут образовываться и посмертно.
Для обнаружения синильной кислоты в дистиллятах применяют несколько реакций, из которых наиболее доказательной является реакция образования берлинской лазури. Другие описанные ниже реакции используют как вспомогательные, а также для обнаружения цианидов в порошках, жидкостях и в других объектах.
Реакции на синильную кислоту и ее соли выполняют под тягой.
Реакция образования берлинской лазури. От прибавления сульфата железа (II) к щелочному раствору цианидов, образуется цианид железа (II), который при взаимодействии с избытком цианидов, а затем с сульфатом или хлоридом железа (III) образует берлинскую лазурь:
При образовании берлинской лазури происходят и побочные реакции между солями железа и щелочью (образуются гидро-ксиды железа).
Для растворения гидроксидов железа и нейтрализации избытка щелочи прибавляют кислоту до кислой реакции. Большой избыток прибавленной кислоты может замедлить процесс образования берлинской лазури.
Выполнение реакции. К нескольким миллилитрам дистиллята, собранного в раствор щелочи, прибавляют 1—4 капли разбавленного раствора сульфата железа (II) и такой же объем разбавленного раствора хлорида железа (III). Смесь хорошо взбалтывают и нагревают на пламени газовой горелки почти до кипе-
ния, а затем охлаждают до комнатной температуры и прибавляют 10 %-й раствор соляной кислоты до слабокислой реакции на лакмус. Появление синего осадка или синей окраски указывает на наличие синильной кислоты (цианидов) в дистилляте.
Предел обнаружения: 20 мкг синильной кислоты в 1 мл раствора. Предельная концентрация 1 : 100000. При количествах синильной кислоты, превышающих 30 мкг в 1 мл, образуется синий осадок. При наличии 20—30 мкг синильной кислоты в 1 мл появляется зеленая или голубоватая окраска. При малых количествах синильной кислоты в растворах синяя окраска появляется только через 24—48 ч. При длительном отсутствии синего осадка или синей окраски к смеси прибавляют 5 %-ый раствор хлорида бария. При этом выпадает осадок сульфата бария и происходит соосаждение берлинской лазури.
Осадок берлинской лазури может быть представлен судебно-следственным органам как доказательство наличия синильной кислоты или цианидов в исследуемых объектах.
Реакция образования роданида железа. Эта реакция основана на том, что при нагревании цианидов с раствором полисульфида аммония образуется роданид, от прибавления к которому раствора хлорида железа (Ш) появляется кроваво-красная окраска:
Выполнение реакции. К 2—3 мл исследуемого раствора прибавляют 3—5 капель 10—20 %-го раствора полисульфида аммония и смесь упаривают на водяной бане до небольшого объема. К упаренной жидкости по каплям прибавляют 8 %-й раствор соляной кислоты до кислой реакции (по лакмусу), а затем прибавляют 1 каплю 10 %-го раствора хлорида железа (III). Появление кроваво-красной окраски указывает на наличие цианидов в растворе. При взбалтывании окрашенного раствора с диэтило-вым эфиром окраска переходит в эфирный слой.
Предел обнаружения: 10 мкг синильной кислоты в 1 мл.
Реакция образования бензидиновой сини. Соли меди (II) с цианидами образуют дициан (CN) 2, при взаимодействии которого с водой выделяется кислород, окисляющий бензидин. Продуктом окисления бензидина является бензидиновая синь:
В колбу вносят 2—3 мл исследуемого раствора, к которому прибавляют 1 мл 10 %-го раствора винной кислоты. Колбу сразу же закрывают пробкой, к которой прикреплена влажная индикаторная бумага. Затем колбу нагревают несколько минут на водяной бане. При наличии синильной кислоты или ее солей в пробе бумага синеет.
Приготовление индикаторной бумаги (см. Приложение 1, реактив 6).
Реакция с пикриновой кислотой. От прибавления пикриновой кислоты и щелочи к цианидам образуется соль изопурпуровой кислоты, имеющая красную окраску:
Выполнение реакции. К 1 мл щелочного дистиллята прибавляют 1 мл 0,5 %-го раствора пикриновой кислоты и слегка нагревают на водяной бане. При наличии цианидов раствор приобретает красную окраску. Подобную окраску с пикриновой кислотой дают и некоторые другие вещества (альдегиды, ацетон, сульфиты и др.). Поэтому реакция с пикриновой кислотой на цианиды имеет значение только при отсутствии цианидов в дистилляте.
кДж.
