Фосфонат

редактировать
Общий эфир фосфоновой кислоты; Фактически, фосфор имеет формальный заряд +1, кислород над ним имеет формальный заряд -1, и связь между ними одинарная.

Фосфонаты и фосфоновые кислоты представляют собой фосфорорганические соединения, содержащие группы C-PO (OH) 2 или C-PO (OR) 2 (где R = алкил, арил ). Фосфоновые кислоты, с которыми обычно обращаются в виде солей, обычно представляют собой нелетучие твердые вещества, которые плохо растворяются в органических растворителях, но растворимы в воде и обычных спиртах. Многие коммерчески важные соединения представляют собой фосфонаты, включая глифосат (активная молекула гербицида «Раундап») и этифон, широко используемый регулятор роста растений. Бисфосфонаты - популярные препараты для лечения остеопороза.

Клодроновая кислота - бисфосфонат, используемый в качестве лекарственного средства для лечения остеопороза.

в биологии и В медицинской химии фосфонатные группы используются в качестве стабильных биоизотеров для фосфата, например, в противовирусном аналоге нуклеотидов, тенофовир, одном из краеугольных камней анти- ВИЧ терапии.

Содержание

  • 1 Основные свойства
  • 2 Синтез
    • 2.1 Из фосфоновой кислоты
    • 2.2 Реакция Михаэлиса-Арбузова
    • 2.3 Из трихлорида фосфора
  • 3 Реакции
    • 3.1 Гидролиз
    • 3.2 Реакция Хорнера – Уодсворта – Эммонса
  • 4 Структурные подклассы
    • 4.1 Бисфосфонаты
    • 4.2 Тиофосфонаты
    • 4.3 Фосфонамидаты
  • 5 Встречаемость в природе
  • 6 Использование
    • 6.1 Хелатирующие вещества с металлами
    • 6.2 Добавки для бетона
  • 7 Медицина
    • 7.1 Использование в нише
  • 8 Токсикология
  • 9 Биоразложение
  • 10 Фосфонатные соединения
  • 11 См. Также
  • 12 Ссылки
  • 13 Дополнительная литература

Основные свойства

Фосфонаты содержат тетраэдрические центры фосфора. Они структурно тесно связаны (и часто получают из) фосфористой кислоты.

Фосфоновые кислоты и производные химически и структурно родственны фосфористой кислоте.

Фосфонатные соли являются результатом депротонирования фосфоновых кислот, которые являются дипротонными кислоты:

RPO (OH) 2 + NaOH → H 2 O + RPO (OH) (ONa) (мононатрийфосфонат)
RPO (OH) (ONa) + NaOH → H 2 O + RPO (ONa) 2 (динатрийфосфонат)

Сложные эфиры фосфоновой кислоты являются результатом конденсации фосфоновых кислот со спиртами.

Синтез

Существует несколько способов получения фосфоновых кислот и их солей.

Из фосфоновой кислоты

Большинство процессов начинается с фосфористой кислоты (также известной как фосфоновая кислота, H 3PO3), используя ее реактивную связь P-H.

Фосфоновая кислота может быть алкилирована в условиях Манниха с получением аминометилированных фосфонатов, которые полезны в качестве комплексообразователей. Одним из примеров является промышленное получение нитрилотрис (метиленфосфоновой кислоты) :

NH3+ 3 H 3PO3+ 3 CH 2 O → N (CH 2PO3H2)3+ 3 H 2O

Фосфоновая кислота также может быть алкилирована производными акриловой кислоты с получением карбоксильных функционализированных фосфоновых кислот. Эта реакция является вариантом присоединения Михаэля :

CH2= CHCO 2 R + 3 H 3PO3→ (HO) 2 P (O) CH 2CH2CO2R

В хирао-сочетании диалкил фосфиты (которые также можно рассматривать как диэфиры фосфоновая кислота: (O = PH (OR) 2) подвергается катализируемой палладием реакции сочетания с арилгалогенидом с образованием фосфоната.

Реакция Михаэлиса-Арбузова

Сложные эфиры фосфоновой кислоты получают с использованием реакции Михаэлиса-Арбузова. Например, метилиодид катализирует превращение триметилфосфита в сложный эфир фосфоновой кислоты диметилметилфосфонат :

P (OMe) 3 → MePO (OMe) 2

Эти сложные эфиры могут быть гидролизованы до кислоты (Me = метил):

MePO (OMe) 2 + H 2 O → MePO (OH) 2 + 2 MeOH

В реакции Михаэлиса-Беккера сначала депротонируется сложный диэфир гидрофосфоновой кислоты, а образующийся анион алкилируется.

Из трихлорида фосфора

Винилфосфоновая кислота может быть получена взаимодействием PCl 3 и ацетальдегида :

PCl 3 + CH 3 CHO → CH 3 CH (O) PCl. 3

Этот аддукт реагирует с уксусной кислотой:

CH3CH (O) PCl. 3+ 2 CH 3CO2H → CH 3 CH (Cl) PO (OH) 2 + 2 CH 3 COCl

Этот хлорид подвергается дегидрохлорированию с получением цели:

CH3CH (Cl) PO (OH) 2 → CH 2 = CHPO (OH) 2 + HCl

В реакции Киннера-Перрена Алкилфосфонилдихлориды и сложные эфиры получают алкилированием трихлорида фосфора в присутствии трихлорида алюминия. Соли алкилтрихлорфосфония являются промежуточными продуктами:

PCl 3 + RCl + AlCl 3 → RPCl. 3+ AlCl. 4

Продукт RPCl. 3затем может быть разложен водой до получают дихлорид алкилфосфоновой кислоты RP (= O) Cl 2.

Реакции

Гидролиз

Сложные эфиры фосфоновой кислоты обычно подвержены гидролизу как в кислых, так и в основных условиях. Расщепление связи P-C сложнее, но может быть достигнуто в агрессивных условиях.

O = PC (OR) 2 + 2 H 2 O → O = PC (OH) 2 + 2 ROH

Хорнер – Уодсворт –Реакция Эммонса

В реакции Хорнера – Уодсворта – Эммонса диалкилфосфонаты депротонируются с образованием стабилизированных карбанионов, которые реагируют с альдегидами с образованием дают Е-алкены с отщеплением диалкил- фосфата.

Реакция Хорнера – Уодсворта – Эммонса

Структурные подклассы

Бисфосфонаты

Общая структура бифосфонатов

Соединения, содержащие 2 геминальные фосфонатные группы известны как бисфосфонаты. Впервые они были синтезированы в 1897 году Фон Байером и Хофманном и теперь составляют основу важного класса лекарств, используемых для лечения остеопороза и подобных заболеваний. Примеры включают HEDP (этидроновая кислота или дидронел), который получают из фосфористой кислоты и уксусного ангидрида :

2 H 3PO3+ (CH 3 CO) 2 O → CH 3 C (OH) (PO 3H2)2+ CH 3CO2H

Тиофосфонаты

EMPTA (форма тиона) VX (форма тиола)

A тиофосфонатная группа представляет собой функциональную группу, связанную с фосфонатом путем замещения атома кислорода на серу. Они являются реактивным компонентом многих пестицидов и нервно-паралитических агентов. Замещенные тиофосфонаты могут имеют 2 основных структурных изомера, связывающихся через группы O или S с образованием тионовой и тиоловой форм соответственно. Это свойство, которое они разделяют со связанными функциональными группами, такими как тиокарбоновые кислоты и Органотиофосфаты.

Фосфонамидаты

Фосфонамидаты относятся к фосфонатам путем замещения атома кислорода атомом азота. Они представляют собой редко встречающуюся функциональную группу, например нервно-паралитический агент Табун.

Встречаемость в природе

Глифосат, входящий в состав гербицида "Раундап", представляет собой фосфонат. 2-аминоэтилфосфоновая кислота: первый идентифицированный природный фосфонат

Фосфонаты являются одним из трех источников поступления фосфатов в биологические клетки. Два других - неорганический фосфат и органофосфаты.

Встречающаяся в природе фосфонат-2-аминоэтилфосфоновая кислота была впервые обнаружена в 1959 году у растений и многих животных, где она локализуется в мембранах. Фосфонаты довольно распространены среди различных организмов, от прокариот до эубактерий и грибов, моллюсков, насекомых и других.. Впервые о них сообщили в естественных почвах Ньюман и Тейт (1980). Биологическая роль природных фосфонатов еще плохо изучена. Бис- или полифосфонаты не встречаются в природе.

Идентифицирован ряд натуральных продуктов фосфонатных веществ с антибиотическими свойствами. Фосфонатные антибиотики природного происхождения включают фосфомицин, который одобрен FDA для лечения неосложненной инфекции мочевыводящих путей, а также несколько доклинических исследованных веществ, таких как фосмидомицин (ингибитор изопренилсинтазы), SF-2312 (ингибитор гликолитического фермента енолазы и вещества с неизвестным механизмом действия, такие как. Хотя фосфонаты полностью непроницаемы для клеток, натуральные фосфонатные антибиотики эффективны против ряда организмов, поскольку многие бактериальные виды экспрессируют импортеры глицерин-3-фосфата и глюкозо-6-фосфата, которые могут быть захвачены фосфонатными антибиотиками.Устойчивые к фосфомицину бактериальные штаммы часто имеют мутации, инактивирующие эти переносчики; однако такие мутации не поддерживаются в отсутствие антибиотика из-за стоимость пригодности они налагают.

Использование

В 1998 году потребление фосфонатов во всем мире составило 56 000 тонн - 40 000 тонн в США, 15, 000 тонн в Европе и менее 800 тонн в Японии. Спрос на фосфонаты неуклонно растет на 3% ежегодно.

Хелатирующие агенты с металлами

Начиная с работы Герольда Шварценбаха в 1949 году, фосфоновые кислоты известны как эффективные хелатирующие агенты. Введение группы амина в молекулу для получения -NH 2 -C-PO (OH) 2 увеличивает способность фосфоната связывать металл. Примерами таких соединений являются NTMP, EDTMP и DTPMP. Эти фосфонаты являются структурными аналогами хорошо известного аминополикарбоксилата, такого как EDTA. Стабильность комплексов металлов увеличивается с увеличением числа групп фосфоновой кислоты. Фосфонаты хорошо растворимы в воде, тогда как фосфоновые кислоты очень слабо растворимы.

Фосфонаты являются эффективными хелатирующими агентами. То есть они прочно связываются с ионами двух- и трехвалентных металлов, что полезно для умягчения воды. Таким образом они предотвращают образование нерастворимых осадков (накипи). Связывание этих лигандов также подавляет каталитические свойства ионов металлов. Они устойчивы в суровых условиях. По этим причинам фосфонаты широко используются в промышленности для охлаждения воды, систем опреснения и на нефтяных месторождениях для предотвращения образования накипи. Фосфонаты также регулярно используются в системах обратного осмоса в качестве антискалантов. Фосфонаты в системах охлаждающей воды также служат для контроля коррозии чугуна и стали. В целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности они служат «стабилизаторами пероксидного отбеливания», хелатируя металлы, которые могут инактивировать пероксид. В моющих средствах они используются в качестве комбинации хелатирующего агента, ингибитора образования отложений и стабилизатора отбеливания. Фосфонаты также все чаще используются в медицине для лечения нарушений, связанных с формированием костей и метаболизмом кальция. Кроме того, они служат переносчиками радионуклидов при лечении рака костей (см. самарий-153-этилендиаминтетраметиленфосфонат ).

Добавки в бетон

Фосфонаты также используются в качестве замедлителей схватывания бетона. Они задерживают время схватывания цемента, позволяя дольше укладывать бетон или распределять тепло гидратации цемента на более длительный период времени, чтобы избежать слишком высокой температуры и возникающих трещин. Они также обладают хорошими диспергирующими свойствами и поэтому исследуются как возможный новый класс суперпластификаторов. Однако в настоящее время фосфонаты не являются коммерчески доступными в качестве суперпластификаторов. Суперпластификаторы - это добавки к бетону, предназначенные для увеличения текучести и удобоукладываемости бетона или для уменьшения водоцементного (в / ц) отношения. Уменьшая содержание воды в бетоне, он уменьшает его пористость, улучшая таким образом механические свойства (прочность на сжатие и растяжение) и долговечность бетона (снижая свойства переноса воды, газа и растворенных веществ).

Медицина

В медицине фосфонаты и бисфосфонаты обычно используются в качестве ингибиторов ферментов, которые используют фосфаты и дифосфаты в качестве субстратов. В частности, эти ферменты включают ферменты, которые продуцируют промежуточные продукты биосинтеза холестерина.

Фосфонат аналоги нуклеотидов, такие как тенофовир, цидофовир и Адефовир - это важнейшие противовирусные препараты, которые в различных пролекарственных формах используются для лечения ВИЧ, гепатита В и других.

Использование ниши

В сочетании с органосиликатами фосфонаты также используются для лечения «внезапной гибели дуба», вызванной грибковым эукариотом Phytophthora ramorum.

Токсикология

Токсичность фосфонатов для организмов, живущих в воде, низкая. Зарегистрированные значения для 48-часового значения LC 50 для рыб составляют от 0,1 до 1,1 мМ. Кроме того, коэффициент биоконцентрации для рыб очень низкий.

Биоразложение

В природе бактерии играют главную роль в разложении фосфонатов. Из-за присутствия в окружающей среде природных фосфонатов бактерии развили способность метаболизировать фосфонаты в качестве источников питательных веществ. Некоторые бактерии используют фосфонаты в качестве источника фосфора для роста. Аминофосфонаты также могут использоваться некоторыми бактериями в качестве единственного источника азота. Полифосфонаты, используемые в промышленности, сильно отличаются от природных фосфонатов, таких как 2-аминоэтилфосфоновая кислота, поскольку они намного крупнее, несут высокий отрицательный заряд и образуют комплексы с металлами. Тесты на биоразложение осадка от городских очистных сооружений с HEDP и NTMP не показали никаких признаков разложения. Исследование HEDP, NTMP, EDTMP и DTPMP в стандартных тестах на биоразложение также не позволило идентифицировать какое-либо биоразложение. Однако было отмечено, что в некоторых испытаниях из-за высокого соотношения ила к фосфонату наблюдалось удаление исследуемого вещества из раствора по мере потери DOC. Этот фактор был связан с адсорбцией, а не с биоразложением. Однако бактериальные штаммы, способные разлагать аминополифосфонаты и HEDP в условиях ограниченного фосфора, были выделены из почв, озер, сточных вод, активного ила и компоста.

«Биоразложения фосфонатов во время обработки воды не наблюдается, но фотодеградация комплексов Fe (III) происходит быстро. Аминополифосфонаты также быстро окисляются в присутствии Mn (II) и кислорода и образуются стабильные продукты распада, которые были обнаружены в сточных водах. Отсутствие информации о фосфонатах в окружающей среде связано с аналитическими проблемами их определения в следовых концентрациях в природных водах. Фосфонаты присутствуют в основном в виде комплексов Ca и Mg в природных водах. и поэтому не влияют на состав или перенос металлов ». Фосфонаты сильно взаимодействуют с некоторыми поверхностями, что приводит к значительному удалению в технических и природных системах.

Фосфонатные соединения

  • Тенофовир алафенамид : пролекарство нуклеотидного аналога Тенофовира, критически важное для лечения ВИЧ.
  • AMPA: Аминометилфосфоновая кислота, деградация продукт глифосата
  • Винилфосфоновая кислота : мономер
  • Диметилметилфосфонат (DMMP), один из простейших диэфиров фосфоновой кислоты
  • Этидроновая кислота (HEDP): 1-гидроксиэтилиден-1,1 -дифосфоновая кислота, используемая в моющих средствах, водоочистных средствах, косметике и фармацевтике
  • ATMP : аминотрис (метиленфосфоновая кислота), хелатирующий агент
  • EDTMP : этилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), хелатирующий агент
  • ТДТМФ: тетраметилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), хелатирующий агент
  • HDTMP: гексаметилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), хелатирующий агент
  • DTPMP : диэтилентриаминпента <169фосфоновая кислота>52 PBTC: фосфонобутантрикарбоновая кислота
  • PMIDA: N- (фосфонометил) иминодиуксусная кислота
  • CEPA: 2- карбоксиэтилфосфоновая кислота
  • HPAA: 2-гидроксифосфонокарбоновая кислота
  • AMP: аминотрис (метиленфосфоновая кислота)
  • BPMG: N, N-бис (фосфонометил) глицин
  • глифосат : обычный сельскохозяйственный гербицид
  • Фоскарнет : для лечения герпеса
  • Перзинфотель : для лечения инсульта
  • : натуральный продукт, ингибитор фосфонатного антибиотика енолазы
  • Сельфотел : оставленный экспериментальный препарат для лечения инсульта

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Последняя правка сделана 2021-06-02 04:07:41
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте