Hidrazin je anorganska kemijska spojina s formulo (). Hidrazin je brezbarvna tekočina z vonjem, podobnim amonijaku, ki se proizvaja po podobnih industrijskih kemijskih postopkih kot amonijak. Lastnosti hidrazina so kljub podobnosti z amonijakom bolj podobne lastnostim vode. Hidrazin je strupen in nevarno nestabilen, zato se zaradi varnosti običajno uporablja kot vodna raztopina.
Uporablja se predvsem kot penilno sredstvo za proizvodnjo polimernih pen, pomemben pa je tudi kot prekurzor za polimerizacijske katalizatorje in farmacevtske proizvode, raketno gorivo in za pripravo plinskih prekurzurjev za avtomobilske zračne blazine. Letna proizvodnja hidrazina je okrog 260.000 ton.Jean-Pierre Schirmann, Paul Bourdauducq. (2002). "Hydrazine". V: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH.
Zgradba molekule in lastnosti Hidrazin lahko nastane s spajanjem dveh molekul amonijaka, tako da se iz vsake molekule odcepi po en vodikov atom. Obe delni strukturi imata obliko piramide. Razdalja med dušikovima atomoma v vezi je 1,45 Å (145 pm). Molekula ima netaktno konformacijo (angleško: gauche).Miessler, G.L. & Tarr, D.A. (2004). Inorganic Chemistry, Third Edition. Pearson Prentice Hall. ISBN 0-13-035471-6 Rotacijske ovire so dvakrat večje kot pri etanu. Takšna struktura je podobna strukturi plinastega vodikovega peroksida, ki zavzame poševno antiklinalno konformacijo in tudi izkazuje močne rotacijske ovire.
Hidrazin ima bazične (alkalne) lastnosti, ki so primerljive z lastnostmi amonijaka:
z vrednostmiHandbook of Chemistry and Physics, 83. izdaja. CRC Press, 2002. Kb = 1,3 x 10−6 pKa = 8,1
Amonijak ima vrednost Kb = 1,78 x 10−5.
Hidrazin se le s težavo diprotonira:
Kb = 8,4 x 10−16
Nedavna odkritja v mikrobiokemiji so pokazala, da je hidrazin vmesni produkt v procesu anaerobne oksidacije amonijaka (proces anamox).Strous, M. & Jetten, M.S.M. (2004). »Anaerobic oxidation of methane and ammonium«. Ann. Rev. Microbiol. 58: 99–117.
Sinteze in industrijska proizvodnja Hidrazin je prvi sintetiziral Theodor Curtius leta 1889 po indirektnem postopku.Curtius, J. (1889). Prakt. Chem. 39: 107-139.
Po Olin Raschigovem postopku iz leta 1907 se hidrazin proizvaja iz natrijevega hipoklorita (NaClO) in amonijaka. Proces temelji na reakciji kloramina z amonijakom,Adams, R. & Brown, B.K. (1941). "Hydrazine Sulfate", Org. Synth., Coll. Vol. 1: 309. ki se industrijsko proizvaja po Haber-Boschevem postopku.
Druga možna pot za sintezo hidrazina je oksidacija sečnine z natrijevim hipokloritom:
Hidrazin se lahko sintetizira tudi iz amonijaka in vodikovega peroksida po Puckovem postopku: Chemistry of Petrochemical Processes, 2. izdaja. Gulf Publishing Company, 1994-2000, str. 148.
V krožnem postopku Atofina-PCUK (PCUK je naziv proizvajalca Produits Chimiques Ugine Kuhlmann, Francija)Riegel, E.R. (1992). "Hydrazine" Riegel's Handbook of Industrial Chemistry, str. 192. se hidrazin proizvaja v več korakih iz acetona, amonijaka in vodikovega peroksida. Aceton in amonijak najprej zreagirata v imin, temu pa sledi oksidacija z vodikovim peroksidom do oksaziridina, tričlenskega obroča, ki vsebuje ogljik, kisik in dušik. Naslednji korak je amonoliza v hidrazon, v katerem se pride do spajanja dveh dušikovih atomov. Hidrazon reagira z dodatnim ekvivalentom acetona, tako da nastane azin. Azin v naslednjem koraku hidrolizira v hidrazin, pri čemer se regenerira aceton. Postopek se od Raschigovega postopka razlikuje po tem, da v njem ne nastaja sol.
Hidrazin se lahko proizvaja tudi po ketazinskem in peroksidnem postopku.
Pred nedavnim so odkrili, da hidrazin proizvajata neka vrsta kvasovk in bakterija Brocadia anammoxidans, ki živi v oceanih. Oba mikrooorganizma sta edina znana organizma, ki v naravi proizvajata hidrazin.Handwerk, B. (9. november 2005). "Bacteria Eat Human Sewage, Produce Rocket Fuel". National Geographic. Sprejeto 12. novembra 2007.
Derivati hidrazina Poznanih je mnogo substituiranih hidrazinov, od katerih se jih nekaj nahaja tudi v naravi: monometilhidrazin ima en vodikov atom v molekuli zamenjan z metilno skupino . Včasih se je uporabljal kot raketno gorivo. 1,1-dimetilhidrazin (asimetrični dimetilhidrazin, UDMH) in 1,2-dimetilhidrazin (simetrični dimetilhidrazin) sta hidrazina, v katerih sta z metilnima skupinama zamenjana po dva vodikova atoma. Asimetrični dimetilhidrazin je laže proizvesti kot simetričnega in se precej pogosto uporablja kot raketno gorivo. giromitrin in agaritin sta derivata hidrazina, ki so ju odkrili v dvotrosnem kukmaku (Agaricus bisporus). Giromitrim se presnavlja v metilhidrazin. izoniazid, iproniazid, hidralazin in fenelzin so zdravila, katerih molekule vsebujejo hidrazinu podobne strukture. 2,4-dinitrofenilhidrazin (2,4-DNPH) se v organski kemiji uporablje za ugotavljanje prisotnosti aldehidov in ketonov. fenilhidrazin je bil prvi hidrazin, ki so ga odkrili.
Uporaba Večina hidrazina se porabi kot prekurzor za penilna sredstva. Nekatere spojine, med katere spadata azodikarbonamid in izobutironitril, dajajo 100-200 ml plina na gram prekurzorja. Kot sredstvo za sproščanje plina v avtomobilskih zračnih blazinah se v podobni reakciji uporabljata hidrazin in natrijev nitrit (). Hidrazin se uporablja tudi kot pogonsko gorivo vesoljskih plovil in sredstvo za zmanjšanje koncentracije raztopljenega kisika in uravnavanje pH vode v velikih industrijskih parnih kotlih. V zadnjem času so raziskovalci IBM in UCLA začeli uporabljati hidrazin tudi kot topilo za raztapljanje gradiv za solarne celice.
Organska kemija Hidrazini so vključeni v številne organske sinteze, tudi takšne, ki imajo zelo velik praktičen pomen v farmacevtski industriji. Pomembna derivata hidrazina sta zdravili izoniazid za zdravljenje tuberkuloze in antimikotik flukonazol. Hidrazini so pomembni tudi za sintezo barvil in v fotografiji.
Tvorba hidrazona Primer kondenzacije hidrazina z enostavnim karbonilom je reakcija s propanonom, v kateri nastane diizopropiliden hidrazin (aceton azin). Nastali produkt še naprej reagira s hidrazinom, tako da nastane hidrazon:Day, A C. & Whiting, M.C. "Acetone Hydrazone". Org. Synth., Coll. Vol. 6: 10.
Propanon azin je vmesni produkt v sintezi Atofina-PCUK. Direktno alkiliranje hidrazinov z alkil halogenidi (halogenoalkani) v prisotnosti baz daje alkilsubstituirane hidrazine. Reakcija je zaradi neučinkovitega nadzora nad stopnjo substitucije neuporabna, tako kot pri normalnih aminih. Redukcija hidrazonov v hidrazine je zelo enostaven način za sintezo 1,1-dialkiliranih hidrazinov.
V sorodni reakciji s hidrazinom reagirajo 2-cianopiridini in tvorijo amid hidrazide, ki se z 1,2-diketoni pretvorijo v triazine.
Wolff-Kishnerjeva redukcija Wolff-Kishnerjeva redukcija je reakcija, v kateri se karbonilna skupina aldehida ali ketona s hidrazini preko vmesnega produkta hidrazona pretvori v metilensko ali metilno skupino.
Heterociklične spojine Hidrazin je zaradi dveh aminoskupin bifunkcionalna spojina, ki s kondenzacijo z bifunkcionalnimi elektrofili daje številne heterociklične spojine. Hidrazin z 2,4-pentandionom kondenzira v 3,5-dimetilpirazol. V Einhorn-Brunnerjevi reakciji hidrazini reagirajo z imidi in tvorijo triazole.
Sulfoniranje Hidrazin je dober nukleofil, zato lahko reagira s sulfonil halogenidi in alkil halogenidi.Friedman L., Litle R.L. in Reichle, W.R.. "p-Toluenesulfonyl Hydrazide". Org. Synth., Coll. Vol. 5: 1055. Tosilhidrazin po obdelavi s karbonili tvori tudi hidrazone.
Deprotekcija ftalimidov Hidrazin se uporablja za cepljenje derivatov N-alkiliranega ftalimida. Cepljenje omogoča, da se ftalimidni anion uporabi kot aminski prekurzor v Gabrijelovi sintezi.
Redukcijsko sredstvo Hidrazin je zelo uporaben reducent, ker v kemijskih reakcijah kot stranska produkta iz njega običajno nastajata dušik in voda. Uporablja se kot antioksidant, odstranjevalec kisika iz tehnoloških vod ter inhibitor korozije v parnih kotlih in ogrevalnih sistemih. Uporablja se tudi za redukcijo kovinskih soli in oksidov v čiste kovine, negalvanskem nikljanju in za ekstrakcijo plutonija iz odpadkov jedrskih reaktorjev.
Hidrazinove soli Hidrazin reagira z mineralnimi kislinami in tvori trdne soli. Ena od njih je hidrazin sulfat (ali hidrazinijev sulfat) .Safety Data Sheet Mallinckrodt Hidrazin sulfat so poskušali uporabiti za zdravljenje kaheksije, ki jo sproži rak, a se je pokazal kot neučinkovit.
Hidrazin azid (), sol hidrazina in dušikovodikove kisline, je znanstveno zanimiv zaradi viskoke vsebnosti dušika in eksplozivnosti. Sol ima strukturo in eksplozivno razpade v hidrazin, amonijak in dušik:Manelis, G.B. (2003). Thermal decomposition and combustion of explosives and propellants. CRC Press, str. 235. ISBN 0-415-29984-5
Reakcija z žveplovo kislino daje stehiometrično količino čistega hidrazin sulfata in dušikovodikove kisline.Klapötke T., White P.S. in Tornieporth-Oetting, I.C. (1996). »Reaction of hydrazinium azide with sulfuric acid: the X-ray structure of [N2H6][SO4]«. Polyhedron 15 (15): 2579–2582. doi:10.1016/0277-5387(95)00527-7
Uporaba v industriji Hidrazin se uporablja v mnogih industrijskih procesih. V proizvodnji elastičnih vlaken (spandex, lycra, elastan) služi kot katalizator polimerizacije, uporablja pa se tudi v gorivnih celicah, pastah za spajkanje in filmskih razvijalcih, kot ekstender verig v poliuretanih in toplotni stabilizator in v proizvodnji tenkoplastnih kondenzatorjev za zaslone s tekočimi kristali. 70 % vodna raztopina hidrazina se uporablja kot gorivo za napajanje EPU (emergency power unit) v lovskih letalih F-16 Falcon. Zmes hidrazina in amonijevega nitrata je eksploziv Astrolite.
Hidrazin se pogosto uporablja kot sredstvo za zmanjševanje vsebnosti kisika in inhibitor korozije v parnih kotlih. Zaradi toksičnosti in nezaželenih stranskih učinkov, zaradi razgradnje zaščitne oksidne plasti na notranjih stenah cevi se poveča korozija zaradi pretoka, je njegova uporabnost omejena.
Raketno gorivo thumb|right|200px|Sod s hidrazinom, ki se uporablja kot komponenta v raketnem gorivu Hidrazin kot hidrazin hidrat s tajno oznako B-Stoff se je kot raketno gorivo prvič uporabil med drugo svetovno vojno v prvem raketnem letalu Messerschmitt Me 163 Komet. Zmes z metanolom je imela tajno oznako M-Stoff, zmes z vodo pa C-Stoff.
Hidrazin kot enokomponentno raketno gorivo se uporablja tudi za pogon manevrirnih servo motorjev vesoljskih plovil, kot pomožno gorivo v Space Shuttlu in za pogon pristajalnih raket.
V vseh enokomponentnih hidrazinskih motorjih gre hidrazin preko katalizatorja, na primer kovinskega iridija, nanešenega na glinico (aluminijev oksid) z veliko specifično površino ali na ogljikova nanovlakna, še bolj pogosto pa preko molibdenovega nitrida, nanešenega na površino glinice. Hidrazin na katalizatorju razpade na amonijak, dušik in vodik:
Vse reakcije izredno eksotermne, tako da se katalizatorska komora v nekaj milisekundah segreje tudi do 800 °C in iz majhnega volumna tekočega hidrazina proizvedejo velik volumen plinov. Pogon je precej učinkovit, saj je njegov specifični impulz v vakuumu okrog 220 sekund.
Drugi možni raketni gorivi sta monometilhidrazin ali MMH () in asimetrični dimetilhidrazin ali UMDH (). Oba derivata hidrazina se uporabljata v dvokomponentnih raketnih gorivih skupaj z didušikovim tetraoksidom (). Tudi ta reakcija je izredno eksotermna in ne potrebuje zunanjega vira vžiga.Tekočemu raketnemu pogonskemu gorivu iz več komponent, ki se ob mešanju samodejno vžgejo, pravimo tudi hipergol.
Gorivne celice