Polyfosforečné kyseliny

Kyselina difosforečná

Kyselina fosforečná je obecně kyselina obsahující pětimocný atom fosforu, na který jsou navázány čtyři atomy kyslíku, jeden dvojnou a tři jednoduchou vazbou, přičemž vytvářejí čtyřstěnnou strukturu s kyslíkovými atomy ve vrcholech. Může dojít k propojení dvou nebo více takovýchto čtyřstěnů pomocí atomu kyslíku, navázaného dvojicí jednoduchých vazeb ke dvěma sousedním čtyřstěnům, čímž mohou vznikat nerozvětvené, rozvětvené a cyklické řetězce i složitější struktury. Na atomy kyslíku, které nespojují tyto jednotky, jsou připojeny kyselé atomy vodíku.

Tímto propojením vznikají polyfosforečné kyseliny s obecným vzorcem H_n+2-2xP_nO_3n+1-x (n) je počet atomů fosforu a x je počet jednoduchých cyklů, od 0 do (n+2)/2.

Tyto kyseliny, společně se svými solemi a estery, patří k nejvýznamnějším sloučeninám fosforu, díky svému značnému významu v biochemii, mineralogii, agrochemii, farmaceutické chemii, chemickém průmyslu a výzkumu.

Přehled

Kyselina (trihydrogen)fosforečná

Nejjednodušší a nejčastěji využívanou kyselinou fosforu je kyselina trihydrogenfosforečná, H₃PO₄.

Oligofosforečné a polyfosforečné kyseliny

Obecný vzorec polyfosforečné kyseliny

Molekuly kyseliny trihydrogenfosforečné mohou kondenzovat za vzniku větších molekul a odštěpení molekul vody. Kondenzací menšího počtu molekul vznikají oligofosforečné a z většího počtu polyfosforečné kyseliny.

Jako příklady lze uvést kyselinu difosforečnou, trifosforečnou a tetrafosforečnou, které lze připravit následujícími reakcemi:

2 H₃PO₄ → H₄P₂O₇ + H₂O

H₄P₂O₇ + H₃PO₄ → H₅P₃O₁₀ + H₂O

H₅P₃O₁₀ + H₃PO₄ → H₆P₄O₁₃ + H₂O

V hlavních řetězcích polyfosforečných kyselin se střídají atomy fosforu a kyslíku. Přidáním každého dalšího orthofosforečnanového zbytku se do molekula rozšíří o jeden atom vodíku, jeden atom fosforu a tři atomy kyslíku. Obecný sumární vzorec (acyklické) polyfosforečné kyseliny lze zapsat jako H_n+2P_nO_3n+1 nebo HO(–P(O)(OH)–O–)_nH.

Polyfosforečné kyseliny se používají v organické syntéze při cyklizačních a acylačních reakcích.

Cyklické polyfosforečné kyseliny

Kondenzací dvou hydroxylových skupin v jedné molekule vznikají cyklické polyfosforečné kyseliny, jako je například kyselina trimetafosforečná:

H₅P₃O₁₀ → H₃P₃O₉ + H₂O

• 
  kyselina trihydrogenfosforečná
  H₃PO₄
• 
  Kyselina difosforečná
  H₄P₂O₇
• 
  Kyselina trifosforečná
  H₅P₃O₁₀
• 
  Kyselina tetrafosforečná
  H₆P₄O₁₃
• 
  Kyselina trimetafosforečná
  H₃P₃O₉
• 
  Oxid fosforečný
  P₄O₁₀

Mezním případem této vnitřní kondenzace je vznik produktu, u něhož jsou všechny kyslíkové atomy součástí cyklu a nejsou dostupné volné atomy vodíku, což nastává u anhydridů (P_nO_5n/2), jako je například oxid fosforečný (P₄O₁₀).

Soli

Odštěpením vodíkových kationtů (H⁺) z molekuly fosforečných kyselin vznikají fosforečnanové anionty, při odštěpení jen některých vznikají anionty hydrogenfosforečnanové.

Soli kyseliny trihydrogenfosforečné

Od kyseliny trihydrogenfosforečné jsou odvozeny tyto anionty: dihydrogenfosforečnanový (H₂PO -
4 ), hydrogenfosforečnanový (HPO 2-
4 ) a fosforečnanový (PO 3-
4 ).

Lineární oligofosforečnany a polyfosforečnany

Disociací kyseliny difosforečné (H₄P₂O₇) mohou vzniknout čtyři různé anionty H_4-kP₂O₇^k−, kde k může mít hodnotu 1 až 4. Odštěpením čtyř vodíkových kationtů se tvoří difosforečnanový anion (P₂O 4-
7 ). Kyselina trifosforečná může vytvořit celkem 5 aniontů H_5-kP₃O₁₀^k−, u kterých může k být rovno 1 až 5, a kyselina tetrafosforečná celkem 6.

Podobně i rozvětvené polyfosforečné kyseliny mohou vytvářet různé anionty. Nejjednoduššími případy jsou trifosfonofosforečnanový anion [OP(OPO₃)₃]⁹⁻ a jeho částečně disociované obdoby. Obecný vzorec necyklického polyfosforečnanového aniontu je [H_n+2−kP_nO_3n+1]^k−, kde k může být 1 až n+2. Míra disociace závisí na pH roztoku.

Cyklické polyfosforečnany

Struktura kyseliny trimetafosforečné

Jednotlivé zbytky kyseliny fosforečné se mohou vázat do cyklických struktur za tvorby metafosforečných kyselin. Nejjednodušším případem je kyselina trimetafosforečná se vzorcem H₃P₃O₉ (viz obrázek výše). Při každé kondenzaci se uvolní molekula vody (H₂O). Přestože jsou tyto kyseliny obecně nazývány trimetafosforečnými, tak mohou ve skutečnosti mít různé struktury. Obecný sumární vzorec je (HPO₃)_x, kde x označuje počet fosforečnanových jednotek v molekule. Teoretickým monomerem těchto kyselin je kyselina monometafosforečná (monohydrogenfosforečná), HPO₃, která by byla isoelektronová s kyselinou dusičnou, dosud však nebyla izolována, a to ani ve formě soli.

Deprotonací cyklických polyfosforečných kyselin vznikají cyklické (meta)fosforečnanové anionty. Příkladem soli takového aniontu je hexametafosforečnan sodný (Na₆P₆O₁₈), používaný jako sekvestrant a potravinářská přídatná látka.

Estery

Obecný strukturný vzorec monofosfátového esteru; R může být H nebo organický substituent.

Hydroxylové skupiny v molekulách (poly)fosforečných kyselin mohou také kondenzovat s hydroxylovými skupinami alkoholů a fenolů za vzniku příslušných organofosfátových esterů. Kyselina trihydrogenfosforečná má tři hydroxyly a tak může tvořit mono-, di- a triestery. Esterifikace může probíhat i u polyfosforečných kyselin. V závislosti na pH roztoku může odštěpit vodíkový kation kterákoliv z hydroxylových skupin. V živých organismech se vyskytuje velké množství derivátů mono-, di- a trifosforečných kyselin (většinou esterů); řada z nich, jako například adenosindifosfát (ADP) a adenosintrifosfát (ATP) má velký význam v metabolismu.

Obecný strukturní vzorec fosforitanového esteru;
R může být H
nebo organický substituent.

Odkazy

Související články

• Adenosinmonofosfát
• Adenosindifosfát
• Adenosintrifosfát
• Adenosintetrafosfát
• Nukleosidtrifosfát
• Organofosfáty
• Kyselina fosfonová
• Fosforamidáty
• Ribonukleosidmonofosfát

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Phosphoric acids and phosphates na anglické Wikipedii.

Portály: Chemie