氰化氫(Hydrogen cyanide)

氰化氫(Hydrogen cyanide)
國立臺灣師範大學化學系碩士班一年級郭修甫

氰化氫(Hydrogen cyanide)，是一個線性分子，分子中的碳原子和氮原子之間具有三鍵(H-C≡N)，在室溫下為一淡藍色的液體，具有苦杏仁油的味道，其溶於水中又稱為氫氰酸，它對生物體具有毒性是由於氰離子會干擾生物體中含鐵呼吸酶，對其產生抑制作用，使生物體無法正常地從血液中獲得氧氣，其毒性甚強，因此常被用來當作殺蟲劑、滅鼠藥劑等。更早曾在第二次世界大戰中，德國納粹用這氫氰酸氣體薰蒸來毒殺集中營中的猶太人。

圖(1) 紅色鐵氰化鉀離子為普魯士藍其中一個組成成份。

氰化氫(hydrogen cyanide)最早在1704年，從藍色顏料普魯士藍中分離，而在1752年由一位法國科學家皮埃爾 •馬奎爾( Pierre Macquer )經由實驗得到重大的發現，普魯士藍可以被轉換成氧化鐵加上揮發性的成分，並且進行重組。而這揮發性的成分也就是我們現在所知的氰化氫，而承繼著皮埃爾 •馬奎爾( Pierre Macquer ) 的研究下，終於在1782年由瑞典化學家卡爾•威廉•舍勒( Carl Wilhelm Scheele)首次從普魯士藍中製備出氰化氫。由於氰化氫是從普魯士藍中所製備的，因此其另一被廣為人知的名字為普魯士酸( Prussic acid )。

1927年一位德國化學工程師Leonid Andrussow，開發出透過甲烷、氨氣及氧氣在約1200 ℃ 經由鉑( Platinum )催化得到氰化氫，其反應方程式又稱Andrussow oxidation如下:

2 CH₄ + 2 NH₃ + 3 O₂ → 2 HCN + 6 H₂O

反應過程中所需的能量由部分氧氣和氨氣氧化來獲得；此安德盧梭氧化法( Andrussow oxidation )反應為工業上最重要的製備氰化氫的方法。

而氰化氫的實驗室製備方法為透過鹼金屬氰化物鹽類和酸反應來製備，其化學反應式如下:

H⁺ + NaCN → HCN + Na⁺

氰化氫可以做相當廣泛的應用，因為其CN−常做為親核試劑和鹵代烴進行親核取代反應，也可和羰基化合物進行親核加成反應生成α-羥基腈，使化合物增加一個碳原子，增長其碳鏈，故在有機化學合成和化學工業製造上為相當重要的反應試劑。氰化氫應用在大量工業生產過程中，其製備成氰化鈉後，用來電鍍和使金屬表面硬化。還能用來將黃金和白銀氰化進而從礦石中提取出。而製備成氰化鉀後可用於鉑的電解精鍊、做為電解質將鉑中的金、銀、銅分離出來；再者透過親核取代反應來製備腈，接著腈可以再轉換化成羧酸、胺、酯、醯胺，做成不同的官能基化合物。工業上利用氰化氫來製備各種多元有用的有機化合物，例如：甲基丙烯酸甲酯、氰化鈉、乙二腈、螯合劑 (EDTA、NTA)等。1983年在美國，利用氰化氫加入丁二烯來製造生產乙二腈已達200,000噸，乙二腈為尼龍6,6 ( Nylon )的前趨物，而尼龍為一廣為熟悉的熱塑性塑料材質，其耐用性、高伸長率、抗昆蟲、菌類霉變腐蝕，在現今社會中應用層面相當廣泛。

參考資料：
1. 腈化氫 http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_cyanide
2. http://www.inchem.org/documents/cicads/cicads/cicad61.htm
3. Andrussow, L. Angewandte Chemie, 1935, 48, 593–595.
4. http://en.wikipedia.org/wiki/File:HexacyanidoferratIII_2.svg