Polyfosforečné kyseliny

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

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.^[1][2]

Cyklické polyfosforečné kyseliny

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

H₅P₃O₁₀ → H₃P₃O₉ + H₂O

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

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

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.

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.