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シアン化水素（プルシック酸とも呼ばれる）は、化学式HCN、構造式H−C≡Nで表される化合物です。非常に毒性が強く、可燃性の液体で、室温よりわずかに高い25.6 °C (78.1 °F)で沸騰します。HCN は工業規模で生産されており、ポリマーから医薬品まで、多くの化学化合物の非常に価値の高い前駆体です。大規模な用途としては、それぞれ鉱業とプラスチックに使用されるシアン化カリウムとアジポニトリルの製造があります。[ 10 ]揮発性のため、固体のシアン化物化合物よりも毒性が強いです。HCN ( aq ) で表される水中のシアン化水素の溶液は、シアン化水素と呼ばれます。シアン化物アニオンの塩は、シアン化物として知られています。
シアン化水素が有機化合物であるかどうかは、化学者の間で議論の的となっている。従来は無機化合物と考えられてきたが、ニトリルとみなすこともできるため、[ 11 ]メタンニトリルやホルモニトリルといった別名もある。[ 1 ]
シアン化水素は、炭素と窒素の間に三重結合を持つ直線分子です。CN結合長は115ピコメートルです。[ 12 ] HCNの異性体はHNC、すなわちイソシアン化水素です。[ 13 ]
約半数の人は劣性遺伝形質のためシアン化水素の臭いを感知できない。[ 14 ] 感知できる人にとっては、その臭いは苦扁桃のような臭いと表現されている。
シアン化水素は弱酸性で、pKaは9.2です。水中では部分的に電離してシアン化物アニオンCN−を生成します。HCNは共役塩基と水素結合を形成し、(CN − )(HCN) nなどの種になります。[ 15 ]
HCNの主な用途の一つとして、アルケンと反応してニトリルを生成する。この変換はヒドロシアン化と呼ばれ、ニッケル錯体を触媒として用いる。[ 16 ]
HCNは自己凝縮に対して不安定である。4分子のHCNは四量体化してジアミノマレオニトリルになる。[ 17 ]この反応や類似の反応は、生命の起源 との関連性の可能性に関して注目を集めている。
金属シアン化物は通常、アルカリ金属シアン化物塩からの塩メタセシスによって調製されますが、シアン化第二水銀は水性シアン化水素から形成されます: [ 18 ]
シアン化水素は、1752年にフランスの化学者ピエール・マッケールによって初めて単離されました。マッケールはプルシアンブルーを酸化鉄と揮発性成分に変換し、これらを使ってプルシアンブルーを再構成できることを発見しました。[ 19 ]この新しい成分が、現在ではシアン化水素として知られています。その後、1782年にスウェーデンの化学者カール・ヴィルヘルム・シェーレによってプルシアンブルーから調製され、 [ 20 ]水中での酸性の性質とプルシアンブルー由来であることから、最終的にドイツ語でBlausäure（文字通り「青い酸」）という名前が付けられました。英語では、一般的にプルシアン酸として知られるようになりました。
1787年、フランスの化学者クロード・ルイ・ベルトレは、シアン化水素酸には酸素が含まれていないことを示しました[ 21 ]。これは、それまで酸には酸素が含まれていなければならないと仮定していた酸理論にとって重要な貢献でした[ 22 ] （そのため、酸素自体の名前は、ギリシャ語で「酸を作るもの」を意味する要素に由来し、同様にドイツ語ではSauerstoffとして、またスラブ語ではチェコ語のkyslíkやロシア語のкислородとして借用されています）。
1811年、ジョセフ・ルイ・ゲイ＝リュサックは純粋な液状シアン化水素を調製し[ 23 ]、1815年には青酸の化学式を解明した[ 24 ] 。
シアン化水素のラジカルを表す「シアン化物」という言葉は、フランス語の「シアヌル」に由来し、これはゲイ＝リュサックが古代ギリシャ語の「κύανος」（濃い青色のエナメルまたはラピスラズリ）から作り出した言葉である。これもまた、この化学物質がプルシアンブルーに由来することによる。このギリシャ語は、英語の色名「シアン」の語源でもある。
最も重要なプロセスは、IG FarbenのLeonid Andrussowによって発明されたAndrussow 酸化であり、メタンとアンモニアが白金触媒上で約1,200 °C (2,190 °F)の酸素の存在下で反応します。[ 25 ]
2006年には、米国で5億ポンドから10億ポンド（23万トンから45万トン）が生産された。[ 26 ]シアン化水素は、いくつかのプロセスで大量に生産され、アクリロニトリルの製造から回収された廃棄物である。[ 10 ]
重要性は低いが、酸素が添加されず、エネルギーが反応器壁を通して間接的に伝達されるデグサプロセス（BMAプロセス）がある。 [ 27 ]
この反応は、メタンと水が反応して一酸化炭素と水素を生成する水蒸気改質反応に似ている。
ショーウィニガン法では、プロパンなどの炭化水素をアンモニアと反応させる。
実験室では、アルカリ金属のシアン化物塩に酸を加えることで、少量のHCNが生成される。
この反応は、酸が不揮発性のシアン化物塩を気体のHCNに変換するため、偶発的な中毒の原因となることがある。
シアン化水素は、フェリシアン化カリウムと酸から得ることができる。[ 28 ] [ 29 ]
1890年代の鉱山操業におけるシアン化物の大きな需要は、ジョージ・トーマス・ベイルビーによって満たされた。彼は1892年に、燃えている石炭にアンモニアを通すことでシアン化水素を生成する方法を特許取得した。この方法は、 1894年にハミルトン・カストナーが石炭、アンモニア、ナトリウムを原料としてシアン化ナトリウムを合成する方法を開発するまで使用された。この合成法は酸と反応して気体のHCNを生成する。
HCNは、主に金や銀の採掘やそれらの金属の電気めっきに使用されるシアン化ナトリウムとシアン化カリウムの前駆体です。シアノヒドリンを中間体として、HCNからモノマーであるメタクリル酸メチル、アセトンからのアミノ酸メチオニン、ストレッカー合成、キレート剤EDTAおよびNTAなど、さまざまな有用な有機化合物が製造されます。ヒドロシアン化プロセスでは、HCNがブタジエンに付加されてナイロン-6,6の前駆体であるアジポニトリルが得られます。[ 10 ]
HCNは、食品生産施設に蔓延する多くの害虫に対する燻蒸剤として世界中で使用されています。その有効性と使用方法により、同じ目的で使用される他の有毒物質と比較して、燻蒸剤の使用量は非常に少なくて済みます。 [ 30 ]また、HCNを燻蒸剤として使用すると、フッ化スルホニル[ 31 ]や臭化メチル[ 32 ]などの他の燻蒸剤と比較して、環境への影響も少なくなります。
HCN は、サクランボ、アプリコット、リンゴなどの種のある果物や、アーモンドオイルやエキスが作られる苦扁桃などのナッツから得られます。これらの種の多くには、マンデロニトリルやアミグダリンなどのシアノヒドリンが少量含まれており、これらがゆっくりとシアン化水素を放出します。[ 33 ] [ 34 ] 100 グラムの砕いたリンゴの種から、約 70 mg の HCN が得られます。[ 35 ]キャッサバ の根には、リナマリンなどのシアン配糖体が含まれており、これが分解して、生の根 1 キログラムあたり最大 370 mg の HCN を生成します。[ 36 ] Harpaphe haydeniana、Desmoxytes purpurosea、Apheloriaなどのヤスデ類は、防御機構としてシアン化水素を放出します。[ 37 ]また、ヒメマルカズラやParopsisterna eucalyptusの幼虫などの昆虫も同様です。[ 38 ]シアン化水素は、自動車の排気ガスや窒素含有プラスチックの燃焼による煙に含まれています。
タイタンの大気中の HCN は、カッシーニ探査機の 4 つの機器、ボイジャーの 1 つの機器、および地球上の 1 つの機器によって測定されています。 [ 39 ]これらの測定の 1 つはその場で行われ、カッシーニ探査機は質量分析のために大気ガスを採取するために、タイタンの表面から1,000 ～ 1,100 km (620 ～ 680マイル)まで降下しました。[ 40 ] HCN は、最初に光化学的に生成されたメタンと窒素ラジカルの反応によってタイタンの大気中で形成され、H 2 CN 中間体を経て進行します。例: (CH 3 + N → H 2 CN + H → HCN + H 2 )。[ 41 ] [ 42 ]紫外線は HCN を CN + H に分解しますが、CN は CN + CH 4 → HCN + CH 3の反応によって効率的に HCN にリサイクルされます。[ 41 ]
木星と土星の相互作用によって生じた一連の小惑星（後期重爆撃期として知られる）からの炭素が若い地球の表面を吹き飛ばし、地球の大気中の窒素と反応してHCNを形成したと推測されている。[ 43 ]
一部の研究者は、ニューロンが内因性または外因性のオピオイドによるオピオイド受容体の活性化によってシアン化水素を産生できることを示しました。また、ニューロンによるHCNの産生がNMDA受容体を活性化し、ニューロン細胞間のシグナル伝達（神経伝達）に役割を果たしていることも示しました。さらに、オピオイドによる鎮痛作用はHCNスカベンジャーによって減弱されたため、オピオイド下での内因性ニューロンHCN産生の増加は、適切なオピオイド鎮痛に必要であるように思われました。彼らは内因性HCNを神経調節物質であると考えました。[ 44 ]
また、培養した褐色細胞腫細胞ではムスカリン性コリン作動性受容体を刺激するとHCN産生が増加するが、生体内（in vivo）ではムスカリン性コリン作動性刺激によってHCN産生が実際に減少することも示されている。[ 45 ]
白血球は貪食作用中にHCNを生成し、いくつかの異なる毒性化学物質を生成することによって細菌、真菌、その他の病原体を殺すことができる。そのうちの1つがシアン化水素である。[ 44 ]
ニトロプルシドナトリウムによる血管拡張は、 NO生成だけでなく、内因性シアン化物生成によっても媒介されることが示されており、これは毒性だけでなく、血中シアン化物濃度を上昇させないニトログリセリンやその他の非シアン生成硝酸塩と比較して、いくらかの追加的な降圧効果ももたらす。[ 46 ]
アミノ酸や核酸の前駆体として、シアン化水素は生命の起源に関与したと考えられている。特に注目すべき化合物は、HCNのオリゴマーであり、その三量体アミノマロノニトリルと四量体ジアミノマロノニトリルは、それぞれ(HCN)3と(HCN)4と表すことができる。[ 48 ]これらの化学反応と生命の起源理論との関係は依然として推測の域を出ないが、この分野の研究により、HCNの縮合から派生した有機化合物（例えばアデニン）への新たな経路が明らかになった。[ 49 ]
シアン化水素は、地球上の生命にとって不可欠な核酸の前駆体であるため、天文学者はHCNの誘導体を探す動機がある。[ 50 ]
HCNは星間物質[ 51 ]や炭素星の大気[ 52 ]で検出されている。それ以来、さまざまな環境におけるHCNの生成と消滅の経路を詳細に調査し、さまざまな天体やプロセスのトレーサーとしての利用を検討してきた。HCNは、いくつかの大気窓を通して地上望遠鏡から観測できる[ 53 ] 。J =1→0、J=3→2、J=4→3、J=10→9の純回転遷移はすべて観測されている[ 51 ] [ 54 ] [ 55 ] 。
HCN は、星間雲で主に 2 つの経路のいずれかによって生成されます。[ 56 ]中性分子同士の反応 (CH2 + N → HCN + H) と解離再結合(HCNH + + e − → HCN + H) です。解離再結合経路が 30% を占めますが、HCNH + は直線状である必要があります。構造異性体である H2NC +との解離再結合では、水素イソシアニド(HNC)のみが生成されます。
HCN は、星間雲内の位置に応じてさまざまなメカニズムによって破壊されます。[ 56 ]光子優勢領域(PDR)では、光解離が優勢で、CN (HCN + ν → CN + H) が生成されます。さらに深い場所では、宇宙線による光解離が優勢で、CN (HCN + cr → CN + H) が生成されます。暗黒コアでは、2 つの競合するメカニズムによって HCN が破壊され、HCN +と HCNH + (HCN + H + → HCN + + H; HCN + HCO + → HCNH + + CO) が生成されます。HCO +との反応が約 3.5 倍優勢です。HCN は、星間物質中のさまざまな種やプロセスを分析するために使用されてきました。高密度分子ガスのトレーサー[ 57 ] [ 58 ]および大質量星形成領域への恒星流入のトレーサーとして提案されています。[ 59 ]さらに、HNC/HCN比はPDRとX線優勢領域（XDR）を区別するための優れた方法であることが示されている。[ 60 ]
2014年8月11日、天文学者たちは、アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）を初めて使用し、彗星C/2012 F6（レモン）とC/2012 S1（アイソン）のコマ内部のHCN、 HNC、H 2 CO、および塵の分布を詳細に調べた研究を発表した。[ 61 ] [ 62 ]
2016年2月、 NASAのハッブル宇宙望遠鏡により、高温のスーパーアース55 Cancri eの大気中にシアン化水素の痕跡が発見されたことが発表された。[ 63 ]
2023年12月14日、天文学者たちは、土星の6番目に大きな衛星エンケラドゥスの噴煙から、私たちが知る生命に不可欠な化学物質である可能性のあるシアン化水素[ 64 ] 、およびその他の有機分子を初めて発見したと報告した。これらの有機分子の中には、まだ十分に特定され理解されていないものもある。研究者らによると、「これらの[新たに発見された]化合物は、現存する微生物群集を支えたり、生命の起源につながる複雑な有機合成を促進したりする可能性がある」[ 65 ] [ 66 ] 。
第一次世界大戦では、シアン化水素は1916年からフランスによって中央同盟国に対する化学兵器として使用され、1918年にはアメリカ合衆国とイタリアによっても使用されました。しかし、気象条件のために十分な効果が得られませんでした。[ 67 ] [ 68 ]このガスは空気より軽く、大気中に急速に拡散します。急速な希釈により、戦場での使用は非現実的でした。対照的に、ホスゲンや塩素などの密度の高い薬剤は地表付近に留まり、西部戦線の塹壕に沈み込む傾向がありました。これらの薬剤と比較すると、シアン化水素は致命的となるためにはより高濃度で存在しなければなりませんでした。ガスの持続性を高めるために、発煙剤と混合されました。例えば、ヴィンセンナイトと呼ばれるフランスの組成物では、50%のシアン化水素に30%の三塩化ヒ素と15%の塩化スズ（発煙用）、さらに5%のクロロホルムが混合されていました。[ 69 ]
呼吸空気中のシアン化水素濃度が 100～200 ppmの場合、人間は 10 ～ 60 分以内に死亡します。[ 70 ]シアン化水素濃度が 2000 ppm (約 2380 mg/m 3 ) の場合、人間は約 1 分で死亡します。[ 70 ]毒性効果は、細胞呼吸を停止させるシアン化物イオンの作用によって引き起こされます。シアン化物は、ミトコンドリア内のシトクロム c オキシダーゼと呼ばれる酵素の非競合阻害剤として作用します。そのため、シアン化水素は化学兵器の中で血液剤としてよく挙げられます。[ 71 ]
化学兵器禁止条約では、化学兵器は大規模な工業用途を有する可能性のある兵器として、附属書3に記載されています。締約国は、年間30トン以上を生産する製造工場を申告し、化学兵器禁止機関による査察を受け入れなければなりません。
おそらく最も悪名高い用途は、第二次世界大戦中にナチス・ドイツのマジュダネクとアウシュヴィッツ＝ビルケナウの絶滅収容所で、ユダヤ人やその他の迫害された少数民族を大量殺害するために使用されたツィクロンB（ドイツ語：Cyclone B、 BはBlausäure - 青酸の略。また、後にツィクロンAとして知られるようになった以前の製品と区別するため）[ 72 ]でしょう。これは、最終解決ジェノサイド計画の一環として、ナチス・ドイツのマジュダネクとアウシュヴィッツ＝ビルケナウの絶滅収容所で使用されました。シアン化水素は、シラミやその他の寄生虫が媒介する病気を根絶する試みとして、収容所で衣類のシラミ駆除にも使用されました。チェコの元の製造業者の1つは、 2015年頃まで「Uragan D2」[ 73 ]という商標でツィクロンBの製造を続けました。 [ 74 ]
第二次世界大戦中、米国はシアン化水素やマスタードガスとともに、日本侵攻作戦「ダウンフォール作戦」の一環としてこれを使用することを検討したが、ハリー・トルーマン大統領はこれを断念し、代わりに秘密裏に進められていたマンハッタン計画で開発された原子爆弾を使用することにした。[ 75 ]
シアン化水素は、米国の一部の州で司法処刑に使用された薬剤でもあり、処刑中に硫酸がシアン化ナトリウムまたはシアン化カリウムに作用することによって生成された。[ 76 ]
シアン化水素酸（HCN）は、かつて捕鯨銛の殺傷剤として使用されていましたが、乗組員にとって危険であるためすぐに使用されなくなりました。[ 77 ] 18世紀半ばからは、毒殺や自殺にも使用されました。[ 78 ]
空気中のシアン化水素ガスは、濃度が5.6%を超えると爆発性を示す。[ 79 ]
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