Harnstoff (lat. Urea), auch Kohlensäurediamid, – nicht zu verwechseln mit Harnsäure – ist eine organische Verbindung, die von vielen Tieren als ein Endprodukt des Stoffwechsels von Stickstoffverbindungen (z. B. Aminosäuren) im sogenannten Harnstoffzyklus produziert und im Urin ausgeschieden wird. Reiner Harnstoff ist ein weißer, kristalliner, schwach nach Ammoniak riechender, ungiftiger und hygienisch unbedenklicher Feststoff.

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Geschichte

Harnstoff war die erste synthetisch hergestellte organische Verbindung. Sie wurde 1773 von Hilaire Rouelle als Substanz entdeckt und 1828 von Friedrich Wöhler erstmals durch Reaktion von Kaliumcyanat und Ammoniumsulfat künstlich synthetisiert. Das widersprach der damals verbreiteten Vorstellung, dass organische Substanzen grundsätzlich nur von Lebewesen durch die so genannte „vis vitalis“ (Lebenskraft) hergestellt werden könnten, und ebnete den Weg für die organische Chemie.

Physiologische Bedeutung

Harnstoff stammt aus dem Protein- und Aminosäurestoffwechsel und gehört den harnpflichtigen Substanzen an. Um beim Aminosäureabbau die Entstehung von Ammoniak (NH₃) aus den Aminogruppen zu vermeiden, werden diese in der Leber im Zuge des Harnstoffzyklus auf das ungiftige Harnstoffmolekül übertragen. Dieser wird als Stoffwechselendprodukt über die Nieren ausgeschieden.

Erkrankungen wie das akute oder chronische Nierenversagen sowie eine diabetisch eingeschränkte Nierenfunktion können zu erhöhten Harnstoff-Werten im Serum/Plasma führen.

Störungen und Besonderheiten: Eine hohe Proteinzufuhr führt auch schon bei normaler Nierenfunktion zu erhöhten Harnstoffwerten, was ihn zu einem schlechten Nierenparameter macht.

Anwendungen

Aufgrund seines hohen Stickstoffgehaltes von 46 % ist Harnstoff weltweit das bedeutendste Stickstoffdüngemittel. Harnstoff wird wegen seiner hohen Wasserbindungsfähigkeit darüber hinaus häufig als Feuchtigkeitsfaktor in Kosmetika eingesetzt. In der Pharmazie kennt man Harnstoff als Keratolytikum. Diese Eigenschaft macht man sich in verschiedenen Rezepturen zunutze. Beispielsweise wirkt es hoch konzentriert (40 %) in Pasten zusammen mit einem Antimykotikum (Antipilzmittel) gegen Nagelpilz (Onychomykose), wobei der Harnstoff den Nagel so weich macht, dass man die infizierte Nagelsubstanz Stück für Stück abtragen kann. Weiter dient es als Feuchtigkeitsspender in Salben zur Bekämpfung von atopischen Ekzemen und Lichenerkrankungen.

Zigarettenhersteller mischen Harnstoff dem Tabak bei, damit das Nikotin durch Erhöhung des pH-Wertes besser aufgenommen werden kann. So werden aus vermeintlich leichten Zigaretten, auf deren Packung ein niedriger Nikotinwert angegeben ist, starke Zigaretten.

Harnstoff kann auch als Streusalz-Ersatz eingesetzt werden; aus Kostengründen ist dies aber nicht rentabel.

In der Dieselmotorentechnik wird Harnstoff zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas hinter einem Rußfilter in den heißen Abgasstrom eingespritzt. Der Verbrauch beträgt im Verhältnis zum Treibstoff etwa 2 bis 8 %.

Er wird Lebensmitteln als Stabilisator zugesetzt. In der EU ist er als Lebensmittelzusatzstoff mit der Bezeichnung E 927b ausschließlich für Kaugummi ohne Zuckerzusatz zugelassen.

Eigenschaften

Harnstoff zerfällt beim Schmelzen unter Abspaltung von Ammoniak (NH₃) zu Biuret:

Industrielle Herstellung

Harnstoff wird in großen Mengen industriell hergestellt (2004: 127 Mio t weltweit) und dient z. B. als Stickstoffdünger oder als NO_x-Reduktionsmittel beim SNCR-Verfahren. In Ländern mit großen Erdgasvorkommen, die früher oft einfach abgefackelt wurden, wird Erdgas heute in Harnstoff umgewandelt. Dazu dienen große Anlagen, die aus Erdgas, Luft und Wasser in den Prozessschritten Wasserstoffherstellung → Ammoniakherstellung → Harnstoffsynthese schließlich Harnstoff herstellen. Dabei wird das bei der Wasserstoffherstellung anfallende CO₂ als Harnstoff gebunden und nicht in die Atmosphäre freigesetzt. Der zunächst in Lösung anfallende Harnstoff wird in Granulat umgewandelt und in Säcken oder auch lose vertrieben. Die größten Anlagen der Welt produzieren ca. 4.000 t Harnstoff am Tag.

Reaktionsgleichungen:

$\mathrm{2 \ NH_3 + CO_2 \longrightarrow \lbrack H_2N{-}CO{-}O \rbrack NH_4}$

Ammoniak und Kohlenstoffdioxid reagieren zu Ammoniumcarbamat.

$\mathrm{\lbrack H_2N{-}CO{-}O \rbrack NH_4 \longrightarrow H_2N{-}CO{-}NH_2 + H_2O}$

Ammoniumcarbamat reagiert zu Harnstoff und Wasser.

Eine industrielle Weiterverwendung von Harnstoff ist die Herstellung von Melamin, das z. B. mit Formaldehyd zu Kunstharzen verarbeitet wird, und von Harnstoff-Formaldehyd-Harzen (Harnstoffharz, so genannte UF-Harze), die z. B. zur Produktion von Spanplatten eingesetzt werden.

Quellen

↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ BGIA GESTIS Stoffdatenbank: http://www.hvbg.de/d/bia/gestis/stoffdb/index.html. 23. Jul. 2007

Siehe auch

Kategorien: Amid | Dünger | Stoffwechselintermediat

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Harnstoff