Ureum

Ureum, ook wel bekend als carbamide, is een organische verbinding met de chemische formule CO (NH2) 2. Dit amide heeft twee –NH2-groepen verbonden door een carbonyl (C = O) functionele groep.

Ureum speelt een belangrijke rol bij het metabolisme van stikstofhoudende verbindingen door dieren en is de belangrijkste stikstofhoudende stof in de urine van zoogdieren. Het is een kleurloze, geurloze vaste stof, zeer goed oplosbaar in water en praktisch niet giftig (LD50 is 15 g / kg voor ratten). Opgelost in water, is het niet zuur of alkalisch. Het lichaam gebruikt het in veel processen, met name de uitscheiding van stikstof. De lever vormt het door twee ammoniakmoleculen (NH3) te combineren met een koolstofdioxide (CO2) -molecuul in de ureumcyclus. Ureum wordt veel gebruikt in meststoffen als stikstofbron (N) en is een belangrijke grondstof voor de chemische industrie.

Friedrich Wöhler's ontdekking, in 1828, dat ureum kan worden geproduceerd uit anorganische uitgangsmaterialen, was een belangrijke conceptuele mijlpaal in de chemie. Het toonde voor het eerst aan dat een stof, voorheen alleen bekend als een bijproduct van het leven, in het laboratorium kon worden gesynthetiseerd zonder biologische uitgangsmaterialen, wat in tegenspraak was met het wijdverbreide leervitalisme, dat stelde dat alleen levende wezens de chemicaliën van het leven konde produceren.

Toepassingen

Meer dan 90% van de wereldwijde industriële productie van ureum is bestemd voor gebruik als meststof die stikstof afgeeft. Ureum heeft het hoogste stikstofgehalte van alle vaste stikstofhoudende meststoffen die veel worden gebruikt. Daarom heeft het de laagste transportkosten per eenheid stikstofvoeding.

Veel bodembacteriën bezitten het enzym urease, dat de omzetting van ureum in ammoniak (NH3) of ammoniumion (NH4 +) en bicarbonaat-ion (HCO3−) katalyseert. Zo veranderen ureummeststoffen snel in de bodem in de ammoniumvorm. Onder de bodembacteriën waarvan bekend is dat ze urease vervoeren, kunnen sommige ammoniak-oxiderende bacteriën (AOB), zoals soorten Nitrosomonas, ook de kooldioxide absorberen die door de reactie vrijkomt om biomassa te maken via de Calvin-cyclus, en energie oogsten door ammoniak te oxideren (de andere product van urease) tot nitriet, een proces dat nitrificatie wordt genoemd. Nitriet-oxiderende bacteriën, vooral Nitrobacter, oxideren nitriet tot nitraat, dat door zijn negatieve lading extreem mobiel is in de bodem en een belangrijke oorzaak is van waterverontreiniging door de landbouw. Ammonium en nitraat worden gemakkelijk door planten opgenomen en zijn de dominante stikstofbronnen voor plantengroei. Ureum wordt ook gebruikt in veel meer componenten vaste meststofformuleringen. Ureum is zeer goed oplosbaar in water en daarom ook zeer geschikt voor gebruik in kunstmestoplossingen (in combinatie met ammoniumnitraat: UAN), bijvoorbeeld in 'bladvoeding' meststoffen. Voor kunstmestgebruik hebben korrels de voorkeur boven prills vanwege hun smallere deeltjesgrootteverdeling, wat een voordeel is voor mechanische toepassing.

De meest voorkomende onzuiverheid van synthetisch ureum is biureet, wat de plantengroei schaadt.

Ureum wordt gewoonlijk verspreid met hoeveelheden tussen 40 en 300 kg / ha (35 tot 270 lbs / acre). Kleinere toepassingen leiden tot lagere verliezen als gevolg van uitloging. In de zomer wordt ureum vaak vlak voor of tijdens regen verspreid om verliezen door vervluchtiging te minimaliseren (een proces waarbij stikstof als ammoniakgas in de atmosfeer verloren gaat).

Vanwege de hoge stikstofconcentratie in ureum is het erg belangrijk om een ​​gelijkmatige verspreiding te bereiken. De toepassingsapparatuur moet correct zijn gekalibreerd en correct worden gebruikt. Boren mag niet plaatsvinden bij contact met of dichtbij zaad, vanwege het risico van kiemschade. Ureum lost op in water voor toepassing als spray of door irrigatiesystemen.

In graan- en katoengewassen wordt ureum vaak aangebracht op het moment van de laatste teelt voor het planten. In gebieden met veel regen en op zandgronden (waar stikstof kan verloren gaan door uitloging) en waar goede regenval in het seizoen wordt verwacht, kan ureum tijdens het groeiseizoen zij- of topkleed zijn. Topdressing is ook populair op weiden en voedergewassen. Bij het verbouwen van suikerriet wordt ureum na het planten zijdelings gekleed en op elk wasbeergewas aangebracht.

Ureum absorbeert vocht uit de atmosfeer en wordt daarom meestal opgeslagen in gesloten of verzegelde zakken op pallets of, indien in bulk opgeslagen, onder dekking met een zeildoek. Zoals bij de meeste vaste meststoffen, wordt opslag in een koele, droge, goed geventileerde ruimte aanbevolen.

Een overdosis of het plaatsen van ureum in de buurt van zaad is schadelijk.

-Chemische industrie

Ureum is een grondstof voor de vervaardiging van twee hoofdklassen van materialen: ureum-formaldehydeharsen en ureum-melamine-formaldehyde dat wordt gebruikt in multiplex op zee.

-Automobiele systemen

Ureum wordt gebruikt in SNCR- en SCR-reacties om de NOx-verontreinigende stoffen in uitlaatgassen door verbranding van diesel-, dualfuel- en magerverbrande aardgasmotoren te verminderen. Het BlueTec-systeem injecteert bijvoorbeeld een ureumoplossing op waterbasis in het uitlaatsysteem. De door de hydrolyse van het ureum geproduceerde ammoniak reageert met de stikstofoxide-emissies en wordt in de katalysator omgezet in stikstof en water. Vrachtwagens en auto's die deze katalysatoren gebruiken, moeten een voorraad dieseluitlaatvloeistof vervoeren, een oplossing van ureum in water.

-Laboratoriumgebruik

Ureum in concentraties tot 10 M is een krachtige proteïne denaturand omdat het de niet-covalente bindingen in de proteïnen verstoort. Deze eigenschap kan worden benut om de oplosbaarheid van sommige eiwitten te vergroten. Een mengsel van ureum en cholinechloride wordt gebruikt als diep eutectisch oplosmiddel (DES), een stof die lijkt op ionische vloeistof. Bij gebruik in een diep eutectisch oplosmiddel denatureert ureum de eiwitten die zijn opgelost niet.

Ureum kan in principe dienen als waterstofbron voor daaropvolgende energieopwekking in brandstofcellen. Ureum in urine / afvalwater kan direct worden gebruikt (hoewel bacteriën normaal gesproken ureum snel afbreken). Het produceren van waterstof door elektrolyse van ureumoplossing vindt plaats bij een lagere spanning (0,37 V) en verbruikt dus minder energie dan de elektrolyse van water (1,2 V).

Ureum in concentraties tot 8 M kan worden gebruikt om vast hersenweefsel transparant te maken voor zichtbaar licht, terwijl de fluorescente signalen van gelabelde cellen nog steeds worden behouden. Dit maakt een veel diepere weergave van neuronale processen mogelijk dan voorheen mogelijk was met conventionele één foton of twee foton confocale microscopen.

-Medisch gebruik

Ureum bevattende crèmes worden gebruikt als actuele dermatologische producten om rehydratatie van de huid te bevorderen. Ureum 40% is geïndiceerd voor psoriasis, xerosis, onychomycosis, ichthyosis, eczeem, keratosis, keratoderma, likdoorns en eelt. Indien bedekt met een occlusief verband, kunnen 40% ureumpreparaten ook worden gebruikt voor niet-chirurgisch debridement van nagels. Ureum 40% "lost de intercellulaire matrix op"  van de nagelplaat. Alleen zieke of dystrofische nagels worden verwijderd, omdat er geen effect is op gezonde delen van de nagel. Dit medicijn wordt ook gebruikt als hulpmiddel bij het verwijderen van oorsmeer.

Ureum is ook onderzocht als diureticum. Het werd voor het eerst gebruikt door Dr. W. Friedrich in 1892. In een onderzoek van ICU-patiënten uit 2010 werd ureum gebruikt voor de behandeling van euvolemische hyponatriëmie en werd veilig, goedkoop en eenvoudig bevonden.

De bloedureumstikstof (BUN) -test is een maat voor de hoeveelheid stikstof in het bloed die afkomstig is van ureum. Het wordt gebruikt als een marker van de nierfunctie, hoewel het inferieur is aan andere markers zoals creatinine, omdat het ureumgehalte in het bloed wordt beïnvloed door andere factoren zoals voeding en uitdroging. Om deze reden wordt ureum geanalyseerd bij patiënten die dialyse ondergaan, omdat de geschiktheid van de behandeling kan worden beoordeeld met de dimensieloze parameter Kt / V, die kan worden berekend op basis van de concentratie ureum in het bloed.

Ureum is ook onderzocht als excipiëns in coatingformule met geneesmiddel-gecoate ballon (DCB) om de lokale toediening van geneesmiddelen aan stenotische bloedvaten te verbeteren. [18] [19] Ureum bleek bij gebruik als hulpstof in kleine doses (~ 3 μg / mm2) om het DCB-oppervlak te bekleden kristallen te vormen die de medicijnoverdracht versnellen zonder nadelige toxische effecten op vasculaire endotheelcellen.

Ureum gelabeld met koolstof-14 of koolstof-13 wordt gebruikt in de ureum-ademtest, die wordt gebruikt om de aanwezigheid van de bacterie Helicobacter pylori (H. pylori) in de maag en twaalfvingerige darm van mensen te detecteren, geassocieerd met maagzweren. De test detecteert het karakteristieke enzym urease, geproduceerd door H. pylori, door een reactie die ammoniak produceert uit ureum. Dit verhoogt de pH (vermindert de zuurgraad) van de maagomgeving rond de bacteriën. Vergelijkbare bacteriesoorten als H. pylori kunnen worden geïdentificeerd door dezelfde test bij dieren zoals apen, honden en katten (inclusief grote katten).

-Diverse toepassingen
Een ingrediënt in dieseluitlaatvloeistof (DEF), dat is 32,5% ureum en 67,5% gedeïoniseerd water. DEF wordt in de uitlaatstroom van dieselvoertuigen gespoten om gevaarlijke NOx-emissies af te breken in onschadelijke stikstof en water.
-Een onderdeel van diervoeder, dat een relatief goedkope bron van stikstof is om de groei te bevorderen
-Een niet-corrosief alternatief voor steenzout voor het ontdooien van wegen. Het is vaak het hoofdingrediënt van huisdiervriendelijke zoutvervangers, hoewel het minder effectief is dan traditioneel steenzout of calciumchloride.
-Een hoofdingrediënt in ontharingsmiddelen zoals Nair en Veet
-Een bruiningsmiddel in in de fabriek geproduceerde pretzels
-Een ingrediënt in sommige huidcrème, moisturizers, haarconditioners en shampoos
-Een cloud seeding agent, samen met andere zouten
-Een vlamwerend middel, veel gebruikt in droge chemische brandblussers, zoals het ureum-kaliumbicarbonaatmengsel
-Een ingrediënt in veel tandenbleekproducten
-Een ingrediënt in afwasmiddel
-Samen met diammoniumfosfaat, als gistvoeding, voor de fermentatie van suikers tot ethanol
-Een voedingsstof die door plankton wordt gebruikt bij experimenten op het gebied van oceaansuppletie voor geo-technische doeleinden
-Als additief om de werktemperatuur en open tijd van huidlijm te verlengen
-Als oplosbaarheid bevorderend en vochtvasthoudend additief voor verfbaden voor het verven of bedrukken van textiel
-Als optische parametrische oscillator in niet-lineaire optica