Введение

1=Химическая группа (>N–C(=O)–O–)

В органической химии карбамат – это категория органических соединений с общей формулой R2NC(O)OR и структурой >N\sC(\dO)\sO\s, которые формально происходят от карбаминовой кислоты (NH2COOH). Этот термин включает органические соединения (например, этилкарбамат), формально полученные замещением одного или нескольких атомов водорода другими органическими функциональными группами, а также соли с карбамат-анионом H2NCOO (например, карбамат аммония). Полимеры, повторяющиеся звенья которых соединены группами, подобными карбаматным |\sNH\sC(\dO)\sO\s, представляют собой важное семейство пластмасс – полиуретаны. Подробности см. в разделе «Этимология».

Свойства

В то время как карбаминовые кислоты нестабильны, многие эфиры и соли угольной кислоты стабильны и хорошо известны.

Гемоглобин

N-концевые аминогруппы остатков валина в α- и β-цепях дезоксигемоглобина существуют в виде карбаматов. Они способствуют стабилизации белка при переходе в дезоксигемоглобин и повышают вероятность высвобождения оставшихся молекул кислорода, связанных с белком. Этот стабилизирующий эффект не следует путать с эффектом Бора (косвенным эффектом, вызванным углекислым газом).

Уреза и фосфотриэстераза

В ε-аминогруппах остатков лизина в уреазе и фосфотриэстеразе также присутствует карбамат. Карбамат, производный от аминоимидазола, является промежуточным звеном в биосинтезе инозина. Карбамоилфосфат образуется из карбоксифосфата, а не из CO2.

улавливание CO2 с помощью риболозо-1,5-бисфосфат-карбоксилазы

Возможно, наиболее распространенным карбаматом является тот, который участвует в захвате CO2 растениями. Этот процесс необходим для их роста. Фермент рибулоза-1,5-бисфосфаткарбоксилаза/оксигеназа (RuBisCO) фиксирует молекулу углекислого газа в виде фосфоглицерата в цикле Кальвина. В активном центре фермента ион Mg2+ связан с остатками глутамата и аспартата, а также с карбаматом лизина. Карбамат формируется, когда незаряженная боковая цепь лизина, расположенная вблизи иона, реагирует с молекулой углекислого газа из воздуха (а не с молекулой углекислого газа, являющейся субстратом), что приводит к ее заряжению и, следовательно, способности связывать ион Mg2+.

Карбаматные инсектициды

Так называемые карбамидные инсектициды имеют карбамидную эфирную функциональную группу. В эту группу входят альдикарб (темик), карбофуран (фурадан), карбарил (севин), этиенокарб, фенобукарб, оксамил и метомил. Эти инсектициды убивают насекомых путем обратимой инактивации фермента ацетилхолинестеразы (ингибирование AChE) (модуль действия IRAC 1a). (аналогичный документ IRAC MoA 1b). Репеллент против насекомых икаридин представляет собой замещенный карбамат. Помимо их обычного использования в качестве артроподоцидов/инсектицидов, они также являются немацицидами.

Сопротивление

Среди мутаций в эстеразах устойчивость к карбаматам наиболее часто обусловлена десенсибилизацией ацетилхолинестеразы (AChE), а устойчивость к органофосфатам – метаболизмом карбоксилэстеразы.

Карбаматные нервные агенты

В то время как ингибиторы карбаматной ацетилхолинестеразы обычно называют "карбаматными инсектицидами" из-за их, как правило, высокой селективности к ферментам ацетилхолинестеразы насекомых по сравнению с ферментами млекопитающих, наиболее сильнодействующие соединения, такие как альдикарб и карбофуран, все же способны ингибировать ферменты ацетилхолинестеразы млекопитающих в достаточно низких концентрациях, что создает значительный риск отравления для человека, особенно при использовании в больших количествах в сельском хозяйстве. Известны и другие карбаматные ингибиторы ацетилхолинестеразы, обладающие еще большей токсичностью для человека, некоторые из них, такие как T 1123 и EA 3990, изучались на предмет потенциального военного применения в качестве нервно-паралитических веществ. Однако, поскольку все соединения этого типа содержат четвертичную аммониевую группу с постоянным положительным зарядом, они плохо проникают через гематоэнцефалический барьер, а также стабильны только в виде кристаллических солей или водных растворов, поэтому не рассматривались как подходящие для создания оружия.

Консерванты и косметика

Иодопропинилбутилкарбамат является древесным и лакокрасочным консервантом и используется в косметике.

Химические исследования

Некоторые из наиболее распространенных аминозащитных групп, таких как BOC, FMOC, бензилхлороформат и трихлорэтилхлороформат, являются карбаматами.

Карбамат этила

Уретан (этилкарбамат) ранее производился в коммерческих масштабах в США как противоопухолевый препарат и для других медицинских целей. Однако было установлено, что он токсичен и в основном неэффективен. В настоящее время его иногда применяют в ветеринарии в комбинации с другими лекарственными средствами для достижения анестезии.

Карбаматные препараты

Кроме того, некоторые карбаматы используются в фармакотерапии человека, например, ингибиторы ацетилхолинестеразы неостигмин и ривастигмин, химическая структура которых основана на природном алкалоиде физостигмине. Другие примеры – мепробамат и его производные, такие как каризопродол, фелбамат, мебутамат, фенпробамат и тибамат, – класс анксиолитиков и миорелаксантов, широко использовавшихся в 1960-х годах до появления бензодиазепинов и до сих пор применяемых в некоторых случаях. Карбахол в основном используется для различных офтальмологических целей. Ингибитор протеазы дарунавир, применяемый для лечения ВИЧ, также содержит карбаматную функциональную группу. Эфедроксан, аналог аминорекса, используемый в качестве стимулятора, также относится к классу карбаматов.

Этимология

Этимология слов "уретан" и "карбамат" весьма схожа, но не идентична. Слово "уретан" впервые было введено в 1833 году французским химиком Жаном Батистом Дюма. Дюма писал: "Уретан. Новый эфир, при взаимодействии с жидким и концентрированным аммиаком, оказывает на это вещество столь сильное воздействие, что смесь закипает, а иногда даже происходит нечто вроде взрыва. При избытке аммиака весь эфир исчезает. Образуются гидрохлорид аммония и новое вещество, обладающее интересными свойствами". Использование слова "карбамат" появляется позже, впервые зафиксированное не ранее 1849 года, в описании работы Дюма Генри Медлоком. Медлок отмечал: "Известно, что взаимодействие аммиака с хлоркарбонатом (фосгеном) этила приводит к образованию вещества, которое Дюма, его первооткрыватель, назвал уретаном, и которое мы теперь обычно рассматриваем как эфир карбаминовой кислоты". Оба слова имеют корни, восходящие к мочевине. Карбамат менее специфичен, поскольку суффикс "ат" неоднозначен и может относиться как к соли, так и к эфиру карбаминовой кислоты. Однако этот же суффикс "ат" более специфичен, поскольку подразумевает, что карбаматы должны быть получены из карбаматной кислоты или карбаминовых кислот. Хотя уретан имеет ту же химическую структуру, что и эфир карбаминовой кислоты, уретан, не полученный из карбаминовой кислоты, не является эфиром карбаминовой кислоты. Иными словами, любой синтез фрагмента R2NC(=O)OR' (R' ≠ H), не происходящий из карбаминовых кислот, не является эфиром карбаминовой кислоты, а является уретаном. Более того, эфиры карбаминовой кислоты являются уретанами, но не все уретаны являются эфирами карбаминовой кислоты. Это, в свою очередь, указывает на то, что полиуретаны нельзя просто назвать полиэфирами карбаминовой кислоты, поскольку полиуретаны обычно не синтезируются с использованием карбаминовых кислот. IUPAC утверждает: "Эфиры часто называют уретанами, что строго корректно только для этиловых эфиров". Но также заявляет: "Альтернативным названием для соединений R2NC(=O)OR' (R' ≠ H), эфиров карбаминовых кислот R,NC(=O)OH, является, в строгом смысле, только этиловый эфир, но широко используется в общем значении". IUPAC приводит эти утверждения без ссылок на источники.