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尿素は、炭酸のジアミドであるためカルバミドとも呼ばれ、化学式CO(NH 2 ) 2で表される有機化合物です。このアミドは、カルボニル官能基(−C(=O)−)で結合した2 つのアミノ基(− NH 2 ) を持っています。したがって、カルバミン酸の最も単純なアミドです。[ 7 ]
尿素は動物の窒素含有化合物の細胞代謝において重要な役割を果たし、哺乳類の尿中の主要な窒素含有物質である。尿素という言葉は新ラテン語で、フランス語のurée、古代ギリシャ語のοὖρον ( oûron ) 「尿」に由来する。
尿素は無色無臭の固体で、水に非常に溶けやすく、実質的に無毒です。水に溶けると、酸性でもアルカリ性でもありません。体内では、窒素排泄をはじめとする多くのプロセスで利用されます。肝臓では、尿素回路においてアンモニア（NH₃ ）と二酸化炭素（CO₂ ）が縮合して生成されます。尿素は窒素（N）源として肥料に広く使用されています。
1828年、フリードリヒ・ヴェーラーは、尿素が無機物から生成できることを示し、化学における重要な概念的マイルストーンを達成した。これは、それまで生命の副産物としてのみ知られていた物質が、非生物的な出発物質から実験室で合成できることを初めて示したものであり、有機化合物は生物からしか得られないという広く信じられていた生気論に反するものであった。
尿素分子の構造はO=C(−NH 2 ) 2です。尿素分子は、固体結晶中ではN 軌道のsp 2混成のため平面です。 [ 8 ] [ 9 ]気相または水溶液中では C 2対称性を持つ非平面で、 C−N−HおよびH−N−H結合角は、120° の三角平面角と109.5° の四面体角の中間です。[ 10 ] [ 9 ]固体尿素では、酸素中心は 2 つのN−H−O水素結合に関与しています。結果として生じる水素結合ネットワークは、効率的な分子パッキングを犠牲にして確立されていると考えられます。構造はかなり開放的で、リボンは正方形の断面を持つトンネルを形成しています。尿素中の炭素は sp 2混成していると記述され、C−N結合は顕著な二重結合性を持ち、カルボニル酸素は比較的塩基性です。尿素の高い水溶性は、水と広範な水素結合を形成できる能力を反映している。
尿素は多孔質の骨格を形成する傾向があるため、多くの有機化合物を捕捉する能力があります。これらのいわゆるクラスレートでは、有機「ゲスト」分子は、水素結合した尿素分子から構成される相互貫入らせんによって形成されたチャネル内に保持されます。このようにして、尿素クラスレートは分離のために十分に研究されてきました。[ 11 ]
尿素は弱塩基であり、その ap K bは 13.9 です。[ a ]強酸と結合すると、酸素でプロトン化されてウロニウム塩を形成します。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]ルイス塩基であり、 [ M(urea) 6 ] n +型の金属錯体を形成します。[ 16 ]
電子豊富なアミドである尿素は、求電子試薬によって容易にN官能基化される。この性質により、いくつかの試薬が生成される。アミンでニトロ化が起こり、N-ニトロ尿素が得られる。[ 17 ]同様に塩素化によりN-クロロ尿素が得られる。[ 18 ]
尿素はトランスアミノ化反応を起こす。例えば、アニリニウムで処理すると、N-フェニル尿素とN,N'-ジフェニル尿素の両方が得られる。[ 19 ] [ 20 ] N-メチル尿素は、同様の酸触媒経路で調製できる。[ 21 ]
尿素は多官能性であるため、複素環の多様な前駆体である。尿素はマロン酸エステルと反応してバルビツール酸を生成する。[ 22 ]尿素はヒドロキシケトンと縮合してグリオキサロンを生成する。[ 23 ]尿素はピリミジン の前駆体である。[ 24 ]
溶融尿素は約152 °C (306 °F)でシアン酸アンモニウムに分解し、160 °C (320 °F)を超えるとアンモニアとイソシアン酸に分解します: [ 25 ]
160 °C (320 °F)以上に加熱すると、イソシアン酸との反応によりビウレットNH 2 CONHCONH 2とトリウレットNH 2 CONHCONHCONH 2が生成する: [ 26 ] [ 25 ]
高温では、シアヌル酸（CNOH）3、グアニジンHNC(NH2 ) 2 、メラミンなどのさまざまな縮合生成物に変化する。[ 26 ] [ 25 ]
水溶液中では、尿素はシアン酸アンモニウムとゆっくりと平衡状態になる。この脱離反応[ 27 ]によりイソシアン酸が共生成され、イソシアン酸はタンパク質、特にN末端アミノ基、リジンの側鎖アミノ基、そして程度は低いもののアルギニンとシステインの側鎖をカルバミル化することができる[ 28 ] [ 29 ]。カルバミル化反応ごとに、タンパク質の質量に対して43ダルトン であり、これはタンパク質質量分析で観察できる。[ 29 ]このため、純粋な尿素溶液は新鮮に調製して使用する必要がある。古くなった溶液ではシアン酸塩がかなり高濃度になる可能性がある。20 mM8 M尿素）。[ 29 ]尿素を超純水に溶解し、混合床イオン交換樹脂でイオン（すなわちシアン酸塩）を除去し、その溶液を4 ℃（39 °F）で保存することが推奨される調製手順です。[ 30 ]しかし、シアン酸塩は数日で再びかなりのレベルまで蓄積します。[ 29 ]あるいは、 濃縮尿素溶液に25～50 mMの塩化アンモニウムを加えると、共通イオン効果によりシアン酸塩の生成が減少する。[ 29 ] [ 31 ]
尿素は、ジアセチルモノオキシム比色法やベルテロ反応（ウレアーゼによる尿素からアンモニアへの初期変換後）など、さまざまな方法で容易に定量できます。これらの方法は、自動フローインジェクションアナライザー[ 32 ]や96ウェルマイクロプレート分光光度計[ 33 ]などのハイスループット機器に適しています。
尿素は、同じ官能基を共有する一連の化学化合物の親化合物です。すなわち、これらの化合物は、2つの有機アミン残基にカルボニル基が結合した構造を持ちます。R 1 R 2 N−C(=O)−NR 3 R 4、ここで、 R 1、R 2、R 3、R 4基は、水素(–H)、有機基、またはその他の基です。例としては、過酸化カルバミド、アラントイン、ヒダントインなどがあります。尿素はビウレットと密接に関連しており、構造的にはアミド、カルバメート、カルボジイミド、チオカルバミドと関連しています。
世界の尿素工業生産の90%以上は、窒素放出肥料として使用されています。[ 26 ]尿素は、一般的に使用されているすべての固体窒素肥料の中で最も窒素含有量が高いです。そのため、窒素栄養素単位あたりの輸送コストが低くなっています。尿素は土壌中で分解され、アンモニウムイオン（NH + 4）を生成します。アンモニウムは植物の根から吸収されます。土壌によっては、アンモニウムが細菌によって酸化されて硝酸塩（NO − 3）が生成されます。硝酸塩もまた、窒素を豊富に含む植物栄養素です。窒素化合物が大気や流出水に失われることは無駄であり、環境に悪影響を与えるため、尿素は農業利用の効率を高めるために改良されることがあります。窒素の放出を遅らせる制御放出型肥料を作る技術には、尿素を不活性なシーラントでカプセル化することや、尿素を尿素ホルムアルデヒド化合物などの誘導体に変換し、植物の栄養要求量に合わせてアンモニアに分解させる方法がある。合成尿素の最も一般的な不純物はビウレットであり、これは植物の成長を阻害する。[ 34 ]
尿素は、主にパーティクルボード、ファイバーボード、OSB、合板などの木質パネルに使用されるUF、MUF、MUPFなどのホルムアルデヒド系樹脂の製造原料です。[ 35 ]
尿素は硝酸との反応で硝酸尿素を生成することができ、これは工業的に使用される高性能爆薬であり、一部の即席爆発装置の一部としても使用される。
尿素は、ディーゼル、デュアルフューエル、リーンバーン天然ガスエンジンの排気ガス中のNO x汚染物質を低減するために、選択的非触媒還元 (SNCR)および選択的触媒還元 (SCR)反応で使用されます。たとえば、BlueTecシステムは、水ベースの尿素溶液を排気システムに注入します。尿素の加水分解によって生成されたアンモニア ( NH 3 ) は、窒素酸化物 ( NO x ) と反応し、触媒コンバータ内で窒素ガス ( N 2 ) と水に変換されます。有害なNO xから無害なN 2への変換は、次の簡略化された全体方程式で表されます。[ 36 ]
尿素を使用する場合、まず尿素をアンモニアに変換する前反応（加水分解）が起こります。
水に非常に溶けやすい固体（ 25 °C (77 °F )で1200 g/L の濃度である尿素は、刺激性、腐食性、危険性が高いアンモニアよりも取り扱いや保管がはるかに簡単で安全であるため、反応物として選ばれています。これらの触媒コンバーターを使用するトラックや乗用車は、 AdBlueとしても販売されている尿素水溶液であるディーゼル排気液の供給を携行する必要があります。
尿素は濃度が10 Mまでであれば、タンパク質の非共有結合を破壊するため、タンパク質変性剤として作用します。この性質を利用して、一部のタンパク質の溶解度を高めることができます。尿素と塩化コリンの混合物は、イオン液体に似た深共晶溶媒（DES）として使用されます。深共晶溶媒中で使用される場合、尿素は溶解したタンパク質を徐々に変性させます。[ 37 ]
8 Mまでの濃度の尿素を 使用すると、固定した脳組織を可視光に対して透明にしながら、標識された細胞からの蛍光シグナルを保持することができます。これにより、従来の1光子または2光子共焦点顕微鏡を使用して以前に得られたよりもはるかに深い神経突起のイメージングが可能になります。[ 38 ]
尿素含有クリームは、皮膚の再保湿を促進する局所皮膚科製品として使用されます。40%尿素は、乾癬、乾燥症、爪真菌症、魚鱗癬、湿疹、角化症、角化皮膚症、鶏眼、胼胝に適応があります。閉鎖性ドレッシングで覆われている場合は、40%尿素製剤は爪の非外科的デブリードメントにも使用できます。40%尿素は爪甲の「細胞間マトリックスを溶解」します。[ 39 ] [ 40 ]健康な爪の部分には影響がないため、病気またはジストロフィーの爪のみが除去されます。[ 41 ]
尿素は利尿薬として研究されてきた。1892年にW.フリードリヒ博士によって初めて使用された。[ 42 ] 2010年のICU患者を対象とした研究では、尿素は正常体液量性低ナトリウム血症の治療に使用され、安全で安価かつ簡便であることがわかった。[ 43 ]
生理食塩水と同様に、尿素も子宮に注入されて中絶を誘発していたが、この方法はもはや広く用いられていない。[ 44 ]
血中尿素窒素（BUN）検査は、尿素由来の血液中の窒素量を測定するものです。腎機能の指標として用いられますが、血中尿素濃度は食事、脱水[ 45 ]、肝機能などの他の要因にも影響されるため、クレアチニンなどの他の指標に比べて劣ります。
尿素は、狭窄した血管への局所的な薬物送達を強化するために、薬物コーティングバルーン（DCB）コーティング製剤の賦形剤としても研究されている。[ 46 ] [ 47 ]尿素は、少量の賦形剤として使用されると（DCB表面をコーティングするために約3 μg/mm 2 )を塗布すると、血管内皮細胞に有害な毒性影響を与えることなく薬物輸送を増加させる結晶が形成されることがわかった。[ 48 ]
炭素14または炭素13で標識された尿素は、胃潰瘍の原因菌であるヘリコバクター・ピロリ菌（H. pylori）がヒトの胃や十二指腸に存在するかどうかを検出する尿素呼気試験に使用されます。この試験では、尿素からアンモニアを生成する反応によって、 H. pyloriが産生する特徴的な酵素であるウレアーゼを検出します。これにより、細菌周辺の胃環境のpHが上昇し（酸性度が低下し）、細菌の存在が明らかになります。H . pyloriに類似した細菌種は、類人猿、犬、猫（大型ネコ科動物を含む）などの動物において、同じ試験で検出できます。
摂取した食物などからのアミノ酸は、代替エネルギー源として体内で酸化され、尿素と二酸化炭素を生成する。[ 54 ]酸化経路は、トランスアミナーゼによるアミノ基の除去から始まり、アミノ基は尿素回路に供給される。肝臓でアミノ酸を代謝老廃物に変換する最初のステップは、α-アミノ窒素の除去であり、これによりアンモニアが生成される。アンモニアは有毒であるため、魚類では直ちに排泄され、鳥類では尿酸に変換され、哺乳類では尿素に変換される。[ 55 ]
アンモニア（NH₃ ）は、窒素化合物の代謝でよく生成される副産物です。アンモニアは尿素よりも分子が小さく、揮発性が高く、移動性も高いです。アンモニアが蓄積すると、細胞内のpHが毒性レベルまで上昇します。そのため、多くの生物は、この合成にエネルギーコストがかかるにもかかわらず、アンモニアを尿素に変換します。尿素はほぼ中性で水溶性が高いため、体内で過剰な窒素を輸送・排泄するための安全な手段となります。
尿素は、多くの生物の体内で尿素回路の一部として、アミノ酸の酸化またはアンモニアから合成されます。この回路では、アンモニアとL-アスパラギン酸から供与されたアミノ基が尿素に変換され、L-オルニチン、シトルリン、L-アルギニノコハク酸、およびL-アルギニンが中間体として作用します。尿素は肝臓で生成され、 N-アセチルグルタミン酸によって調節されます。尿素は血液中に溶解し（基準値は2.5～6.7 mmol/L）、腎臓によって尿の成分として輸送および排泄されます。さらに、少量の尿素は（塩化ナトリウムと水とともに）汗にも排泄されます。
水中では、アミン基は水分子によってゆっくりと置換され、アンモニア、アンモニウムイオン、重炭酸イオンが生成されます。そのため、古い尿は新鮮な尿よりも強い臭いを発します。
腎臓による尿素の循環と排泄は、哺乳類の代謝において重要な部分である。尿素は老廃窒素の運搬体としての役割に加えて、排泄された尿から水と重要なイオンを再吸収するネフロンの対向流交換システムにおいても役割を果たしている。尿素はネフロンの内髄集合管で再吸収され、ヘンレ係蹄の細い下行脚を取り囲む髄質間質の浸透圧を上昇させ、水の再吸収を促す。[ 56 ]
尿素トランスポーター2の作用により、再吸収された尿素の一部は最終的に尿細管の細い下行脚に戻り、集合管を通って排泄尿となる。[ 57 ]体はこのメカニズム（抗利尿ホルモンによって制御される）を利用して、高浸透圧尿、すなわち血漿よりも溶解物質の濃度が高い尿を生成する。このメカニズムは、水分の喪失を防ぎ、血圧を維持し、血漿中のナトリウムイオンの適切な濃度を維持するために重要である。
尿素（mmol ）の窒素含有量（グラム）は、換算係数によって推定できます。0.028 g/mmol。[ 58 ]さらに、窒素1 グラムはおおよそ タンパク質6.25グラム、タンパク質1 グラムは、おおよそ5 グラムの筋肉組織。筋肉の萎縮などの状況では、 尿中の過剰な尿素1mmol（尿量（リットル）に尿素濃度（mmol/L）を乗じて測定）は、おおよそ筋肉量の減少に相当する。0.67 グラム。
水生生物では最も一般的な窒素老廃物はアンモニアですが、陸生生物は有毒なアンモニアを尿素または尿酸に変換します。尿素は哺乳類や両生類、一部の魚類の尿に見られます。鳥類や爬虫類は、より少ない水分を必要とする別の形態の窒素代謝を行い、尿酸の形で窒素を排泄します。オタマジャクシはアンモニアを排泄しますが、変態中に尿素の生成に移行します。上記の一般化にもかかわらず、尿素経路は哺乳類や両生類だけでなく、鳥類、無脊椎動物、昆虫、植物、酵母、菌類、さらには微生物など、他の多くの生物でも確認されています。[ 59 ]
尿素は皮膚、目、呼吸器系に刺激を与える可能性があります。肥料の形で尿素が皮膚に繰り返しまたは長時間接触すると、皮膚炎を引き起こす可能性があります。[ 60 ]
血中濃度が高いと有害となる可能性があります。一般的な人間の尿に含まれるような低濃度の尿素を摂取しても、適切な時間内に水分を補給すれば危険はありません。ラクダ、げっ歯類、犬など多くの動物は、通常の人間の尿よりも尿素濃度が高い、より濃縮された尿を分泌します。
尿素は藻類の異常繁殖を引き起こして毒素を生成させる可能性があり、施肥された土地からの流出水に尿素が存在すると、有毒な藻類の異常繁殖の増加に関与する可能性がある。[ 61 ]
この物質は融点以上に加熱すると分解して有毒ガスを生成し、強力な酸化剤、亜硝酸塩、無機塩化物、亜塩素酸塩、過塩素酸塩と激しく反応して火災や爆発を引き起こします。[ 62 ]
尿素は、1727年にヘルマン・ブールハーフェが尿の蒸発物から初めて得た。この発見は、フランスの化学者イレール・ルエルとウィリアム・クルックシャンクにも帰せられている。[ 63 ] [ 64 ] 1773年、イレール・ルエルは、人間の尿を蒸発させ、濃縮物をアルコールで処理することにより、尿素を含む結晶を得た。[ 65 ]この方法は、尿を濃硝酸で処理すると結晶が沈殿するというカール・ヴィルヘルム・シェーレの発見によって助けられた。
尿毒症性霜は、1856年にオーストリアの医師アントン・ドラシェによって初めて記述されました。[ 66 ]尿毒症性霜は、透析の登場以来稀になりました。これは、長期にわたる腎不全と重度の尿毒症の患者の皮膚に結晶化した尿素沈着物があることを示す、透析以前の時代の古典的な記述です。[ 67 ]
アントワーヌ・フランソワ・ド・フルクロワ伯爵とルイ・ニコラ・ヴォークランは1799年に硝酸塩結晶がルエルの物質と同一であることを発見し、「尿素」という用語を考案した。[ 68 ] [ 69 ]
ベルセリウスは尿素の精製をさらに改良した。[ 70 ] 1817年、ウィリアム・プラウトは化学組成を決定した。改良された手順では、尿に強硝酸を加えることで尿素を硝酸尿素として沈殿させた。得られた結晶を精製するために、沸騰した水に活性炭を加えて溶解し、濾過した。冷却後、純粋な硝酸尿素の結晶が形成された。硝酸塩から尿素を再構成するために、結晶を温水に溶解し、炭酸バリウムを加えた。次に水を蒸発させ、無水アルコールを加えて尿素を抽出した。この溶液を排出して蒸発させると、純粋な尿素が残る。[ 71 ]
1828年、ドイツの化学者フリードリヒ・ヴェーラーは、シアン酸銀を塩化アンモニウムで処理することにより尿素を調製した。[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]
これは、生物を介さずに無機物から生物化合物を人工的に合成した最初の例の一つでした。この実験結果は、生物の化学物質は無生物の化学物質とは根本的に異なるとする生気論を暗黙のうちに否定しました。この洞察は有機化学の発展にとって重要でした。この発見を受けて、ヴェーラーはイェンス・ヤコブ・ベルセリウスに勝利の手紙を書きました。
お伝えしておきたいのですが、私は人間の腎臓や犬の腎臓を使わずに尿素を作ることができます。シアン酸アンモニウムは尿素です。
彼の2番目の文は間違っていた。シアン酸アンモニウム[ NH4 ] + [ OCN] −と尿素CO(NH2 ) 2は、同じ実験式CON2H4を持つ2つの異なる化学物質であり、標準条件下では尿素が圧倒的に優勢な化学平衡状態にある。[ 75 ]
尿素は、シアン酸アンモニウムを60 ℃（140 °F）に加熱することによって製造できます。
2020年の世界の生産能力は約1億8000万トンでした。[ 76 ]
工業用途における尿素は、合成アンモニアと二酸化炭素から製造される。アンモニア製造工程では、熱を発生させるために炭化水素（主に天然ガス、まれに石油誘導体や石炭）を燃焼させる副産物として大量の二酸化炭素が発生するため、尿素製造工場はほぼ例外なくアンモニア製造工場の隣接地に設置される。
1922 年に特許を取得した基本プロセスは、発見者のカール・ボッシュとヴィルヘルム・マイザーにちなんでボッシュ・マイザー尿素プロセスと呼ばれています。 [ 77 ]このプロセスは、反応物の不完全な変換を伴う2 つの主要な平衡反応から構成されています。 1 つ目はカルバミン酸塩の生成です。高温高圧下で液体アンモニアと気体二酸化炭素 ( CO2 )が急速に発熱反応を起こし、カルバミン酸アンモニウム( [ NH4 ] + [ NH2COO ] − )を生成します。 [ 26 ] [ 78 ]
2つ目は尿素変換です。アンモニウムカルバミン酸塩が尿素と水にゆっくりと吸熱分解する反応です。 [ 26 ] [ 78 ]
NH₃とCO₂から尿素への全体的な変換は発熱反応であり、最初の反応の反応熱が2番目の反応を促進します。尿素生成を促進する条件（高温）は、カルバミン酸塩生成平衡に悪影響を及ぼします。プロセス条件は妥協の産物です。2番目の反応に必要な高温（約190 ℃（374 °F） ）が最初の反応に及ぼす悪影響は、最初の反応を促進する高圧（ 1.4～1.75MPa （203～254psi ） ）下でプロセスを実行することによって補償されます。気体二酸化炭素をこの圧力まで圧縮する必要がありますが、アンモニアはアンモニア製造プラントから液体の形で入手できるため、はるかに経済的にシステムにポンプで送り込むことができます。尿素生成反応が平衡に達するまでの時間が長いため、大きな反応空間が必要となり、大規模な尿素プラントの合成反応器は巨大な圧力容器となる傾向があります。
尿素の変換は不完全であるため、尿素は未変換の反応物（カルバミン酸アンモニウムなど）から分離する必要がある。様々な商業的な尿素製造プロセスは、尿素が生成される条件と、未変換の反応物をさらに処理する方法によって特徴づけられる。
初期の「ストレートスルー」尿素プラントでは、反応物の回収（リサイクルの第一段階）は、システム圧力を大気圧まで下げてカルバミン酸塩をアンモニアと二酸化炭素に分解させることで行われていました。当初は、リサイクルのためにアンモニアと二酸化炭素を再圧縮するのは経済的ではなかったため、少なくともアンモニアは硝酸アンモニウムや硫酸アンモニウムなどの他の製品の製造に使用され、二酸化炭素は通常廃棄されていました。後のプロセス設計により、未使用のアンモニアと二酸化炭素のリサイクルが実用的になりました。これは、1940年代から1960年代に開発され、現在では従来型リサイクルプロセスと呼ばれる「全リサイクルプロセス」によって実現されました。このプロセスは、反応溶液を段階的に減圧し（まず1.8～2.5 MPa（260～360 psi）まで、次に0.2～0.5 MPa（29～73 psi）まで）、各段階で蒸気加熱式カルバミン酸分解器を通過させ、生成した二酸化炭素とアンモニアを落下膜式カルバミン酸凝縮器で再結合させ、カルバミン酸溶液を尿素反応容器にポンプで戻すことによって進行する。[ 26 ]
反応物を回収して再利用する従来のリサイクルプロセスは、1960年代初頭にオランダのスタミカーボン社が開発した、反応容器の全圧またはそれに近い圧力で運転されるストリッピングプロセスにほぼ取って代わられました。これにより、多段階リサイクルスキームの複雑さが軽減され、尿素変換反応の平衡に悪影響を及ぼし、ひいてはプラント全体の効率を低下させるカルバミン酸溶液中のリサイクル水の量が減少します。事実上、すべての新しい尿素プラントはストリッパーを使用しており、多くの全リサイクル尿素プラントはストリッピングプロセスに転換しています。[ 26 ] [ 79 ]
従来のリサイクルプロセスでは、全体の圧力を下げることでカルバミン酸塩の分解が促進され、アンモニアと二酸化炭素の両方の分圧が低下し、これらのガスを尿素製品溶液から分離することができます。ストリッピングプロセスでは、全体の圧力を下げることなく、反応物のうちの1つの分圧のみを抑制してカルバミン酸塩の分解を促進することで、同様の効果が得られます。従来のプロセスのように二酸化炭素ガスをアンモニアとともに尿素合成反応器に直接供給する代わりに、ストリッピングプロセスではまず二酸化炭素をストリッパーに通します。ストリッパーは、大量の気液接触を提供するカルバミン酸塩分解器です。これにより、遊離アンモニアが洗い流され、液面上の分圧が低下し、直接カルバミン酸塩凝縮器（システム全体の圧力下）に送られます。そこから、再構成されたアンモニウムカルバミン酸塩溶液が尿素製造反応器に送られます。これにより、従来のリサイクルプロセスの圧力中段階が不要になります。[ 26 ] [ 79 ]
不純物を生成する3つの主要な副反応に共通しているのは、いずれも尿素を分解するという点である。
尿素は合成プラントの最も高温の段階、特にストリッパーで加水分解されてカルバミン酸アンモニウムに戻るため、これらの段階の滞留時間は短く設計されています。[ 26 ]
ビウレットは、尿素分子2個が結合し、アンモニア分子1個が脱離することによって生成される。
通常、この反応は合成反応器内でアンモニアを過剰に保つことで抑制されますが、ストリッパーの後では温度が下がるまで起こります。[ 26 ]ビウレットは作物に対して様々な程度で毒性があるため、尿素肥料には好ましくありませんが、[ 80 ]動物飼料に使用する場合は窒素源として望ましい場合もあります。[ 81 ]
イソシアン酸HNCOとアンモニアNH₃は、尿素と化学平衡状態にあるシアン酸アンモニウム[ NH₄ ] ⁺ [ OCN] ⁻の熱分解によって生成される。
この分解は、尿素溶液を低圧で加熱したときに最もひどくなります。これは、溶液を濃縮して造粒または顆粒化するときに起こります（下記参照）。反応生成物は主に塔頂蒸気に揮発し、これらの蒸気が凝縮するときに再結合して再び尿素を形成し、プロセス凝縮液を汚染します。[ 26 ]
炭酸アンモニウム溶液は、特にストリッパーなどの合成プラントの最も高温の部分では、耐腐食性のステンレス鋼であっても、金属構造材料に対して非常に腐食性が高い。従来、腐食は、露出したステンレス鋼表面に不動態酸化皮膜を形成および維持するために、プラントに少量の酸素（空気として）を連続的に注入することによって最小限に抑えられてきた（ただし、完全に除去されたわけではない）。不動態化酸素の必要性を減らすために、 1990年代の特殊な二相ステンレス鋼や、2000年代のジルコニウムまたはジルコニウム被覆チタン管などの耐腐食性の高い材料が導入された。 [ 26 ]
尿素は、固体（粒状、顆粒状、ペレット状、結晶状）または溶液の形で製造することができる。
肥料としての主な用途では、尿素は主に固形物として、粒状または顆粒状で販売されています。粒状は固化した液滴で、その製造は尿素の造粒プロセスが満足のいくものになる以前から行われていました。粒状は顆粒よりも安価に製造できますが、粒状の大きさが限られていること（直径約2.1 mm（0.083インチ）まで）、破砕強度が低いこと、大量保管や取り扱い中に粒状が固まったり砕けたりすることから、顆粒よりも劣ります。顆粒は、尿素シード粒子に液体尿素を層状に噴霧して付着させることで製造されます。破砕強度を高め、固まりを防ぐために、粒状と顆粒の両方の製造時にホルムアルデヒドが添加されます。ペリティリゼーション（均一サイズの液滴を冷却コンベアベルト上に堆積させる）などの他の成形技術も使用されています。[ 26 ]
尿素と硝酸アンモニウムの水溶液（UAN）は、液体肥料として一般的に使用されています。混合すると、硝酸アンモニウムと尿素の溶解度はどちらか一方の成分単独の場合よりもはるかに高くなるため、全窒素含有量（32%）が固体硝酸アンモニウム（33.5%）に近い安定した溶液が得られますが、もちろん尿素単体（46%）には及びません。UANは、爆発の危険性なしに硝酸アンモニウムを使用することを可能にします。[ 26 ] UANは、米国の液体肥料の80%を占めています。[ 82 ]
尿
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