尿素

尿素是由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物，又称脲（与尿同音）。其化学式为 CON2H4、(NH2)2CO 或 CN2H4O，分子质量60，国际非专利药品名称为 Carbamide（碳酰胺）。外观是无色晶体或粉末，是动物蛋白质代谢后的产物，通常用作植物的氮肥。尿素在肝合成，是哺乳动物排出的体内含氮代谢物。这代谢过程称为尿素循环。尿素是第一种以人工合成无机物质而得到的有机化合物。活力论从此被推翻。1773年，伊莱尔·罗埃尔（法语：Hilaire-Marin Rouelle）（Hilaire-Marin Rouelle）发现尿素。1828年，弗里德里希·维勒首次使用无机物质氰酸钾与硫酸铵人工合成了尿素。本来他打算合成氰酸铵（Ammonium cyanate，NH4NCO），却得到了尿素。由此证明了活力论是错误的，事实上开辟了有机化学。活力论认为无机物与有机物有根本性差异，所以无机物无法变成有机物。哺乳动物、两栖动物和一些鱼的尿中含有尿素；鸟和爬行动物排放的是尿酸，因为其氮代谢过程使用的水量比较少。尿素在肝脏产生后融入血液（人体内的浓度在每升2.5至7.5微摩尔/升之间），最后通过肾脏由尿排出。少量尿素由汗排出。生物以二氧化碳、水、天冬氨酸和氨等化学物质合成尿素。促使尿素合成的代谢途径是一种合成代谢，叫做尿素循环。此过程耗费能量，却很必要。因为氨有毒，且是常见的新陈代谢产物，必须被消除。肝脏在合成尿素时，需要N-乙酰谷氨酸作为调节。含氮废物具有毒性，产生自蛋白质和氨基酸的分解代谢过程。大多数生物必须再处理之。海生生物通常直接以氨的形式排入海水。陆地生物则转化氨为尿素或尿酸再排出。鸟和爬行动物通常排泄尿酸，其它动物（如哺乳动物）则是尿素。例外如，水生的蝌蚪排泄氨，但在其蜕变过程转为排泄尿素；大麦町狗主要排泄尿酸，不是尿素，因为其尿素循环中的一个转换酶的基因坏了。哺乳动物以肝脏中的一个循环反应产生尿素。这循环最早在1932年被提出，其反应起点是氨的分解。1940年代澄清瓜氨酸和精氨基琥珀酸的作用后，它已完全被理解。在这循环中，来自氨和 L-天冬氨酸的氨基被转换为尿素，起中介作用的是 L-鸟氨酸、瓜氨酸、L-精氨酸-琥珀酸和 L-精氨酸。尿素循环是哺乳动物和两栖动物排泄含氮代谢废物的主要途径。但别种生物亦然，如鸟类、无脊椎动物、昆虫、植物、酵母、真菌和微生物。尿素对生物基本是废物，但仍有正面价值。比如，肾小管里的尿素被引入肾皮质以提高其渗透浓度，促使水分从肾小管渗透回身体再利用。尿素在商业上，可作为：人类粮食资源与蛋白质的短缺，也造成饲料工业一大难题。业者积极寻找蛋白质的新来源，并扩及蛋白质以外的氮来源，例如含氮量高的尿素。1897年，Waesk 等人提出反刍动物能转化非蛋白质氮为菌体蛋白质的想法。1949年，C. J. Watson 等人喂食绵羊含有N15标记的尿素胶囊，4天后在绵羊血液、肝脏、肾脏中检验出含有N15的蛋白质。这证实了反刍动物可以利用非蛋白质氮。同年 J. K. Looli 等人以尿素当作唯一氮源喂食绵羊，发现绵羊能够正氮平衡，表明绵羊瘤胃里的微生物能利用尿素合成其生长所需的10种必需氨基酸。自此，尿素及尿素化合物成为反刍动物的饲料添加剂了。尿素能非常有效的使蛋白质变性，尤其能非常有效地破坏非共价键结合的蛋白质。这特点可以提高某些蛋白质的可溶性，其浓度可达10摩尔体积。尿素也可用来制造硝酸尿素。皮肤科以含有尿素的某些药剂来提高皮肤的湿度。非手术摘除的指甲使用的封闭敷料中，含有40%的尿素。测试幽门螺杆菌存在的碳-14-呼气试验，使用了含有碳14或碳13标记的尿素。因为幽门螺杆菌的尿素酶使用尿素来制造氨，以提高其周边胃里的pH值。同样原理也可测试生活在动物胃中的类似细菌。尿素是纺织工业在染色和印刷时的重要辅助剂，能提高颜料可溶性，并使纺织品染色后保持一定的湿度。全世界每年工业的尿素产量约为十亿吨。中国目前尿素产能在6400万吨，年产量约5700万吨。商业尿素是通过氨与二氧化碳的反应生产的，成品尿素可以为药片状、颗粒状、片状、晶体或者溶液。尿素一般以药片或者颗粒的形式上市。90%以上的生产的尿素被用作肥料。在所有的一般使用的估计氮肥料中尿素的含氮量最高（46.4%），因此相对而言其每氮营养的运输费最低。尿素在水中的可溶性非常高，因此非常适合被加在可溶的肥料中。商用尿素的原料是氨与二氧化碳。后者在以焦炭或烃（如天然气和石油）为原料生产氨的过程中，会大量产生。尿素因此直接从这些原料中就产生了。尿素生产是一个平衡的化学反应，其反应物不完全成为反应结果。生产过程、设定的反应条件、如何处理未转化的反应物，皆可能不同。由于使用大量的反应物，未反应的反应物可用以生产其它产品，（如硝酸铵或硫酸铵），也可回收再投入反应。实际的合成反应普遍认为应是在液相中分如下两大步完成的。第一步是过量的液氨与干冰反应为氨基甲酸铵。由于是可逆的放热反应，反应需要带走热能的设备。第二步是加热氨基甲酸铵为尿素；这步是一个可逆的吸热反应。反应需要带走水分的设备。尿素的反应总式为：表达在该公式的生产反应总体上为一个可逆的放热反应。尿素在生产中通常伴随着副产品，如甲醇，也可用来制造下游产品，如三聚氰胺等。脲是化合物，含有官能团RR'N-CO-NRR'。这官能团的羰基带着两个有机的氨基。实验室中，光气可与此二氨基反应。脲类化合物包括过氧化脲、尿囊素、乙内酰脲。脲与缩二脲非常接近。脲的化学结构与酰胺、氨基甲酸、双偶氮化合物、碳二亚胺等接近。