인산 및 인산염

Phosphoric acids and phosphates
화인산.

인산은 일반적으로 각 인(P) 원자가 산화상태 +5에 있는 인산소산화물로, 이중 결합을 통해 그 중 하나인 산소(O) 원자가 사면체의 모서리로 배열된 4개의 산소(O) 원자에 결합된다. 이러한 PO
4 사면체 중 두 개 이상이 선형 또는 분기 체인, 주기 또는 더 복잡한 구조를 형성하는 단일 결합 옥시겐으로 연결될 수 있다. 공유되지 않는 단결합 산소원자는 산성 수소원자로 완성된다. 인산의 일반적인 공식은 HPO인데
n+2−2x
n
3n+1−x 여기서 n은 인 원자의 수이고 x는 분자 구조의 기본 사이클의 수로서 0에서 (n+2)/2 사이이다.

화인산 음이온.
트리메틸 오르토인산염.

k 히드록실 그룹에서 양성자(H+
) 제거 –OH는 일반 공식 [HPO]k−와n−2x+2−kn3n+1−x 함께 일반적으로 인산염(k = n-2x+2) 또는 수소 인산염(k가 1과 n-2x+1)이라고 불리는 음이온을 남긴다. 완전히 분리된 음이온(k = n-2x+2)은 공식 [POn3n−x+1](n−2x+2)−를 가지고 있다. 이 용어는 다른 그룹에 대한 결합으로 수력갱이 또는 그 이상이 대체될 때 발생하는 기능 그룹의 유기화학에도 사용된다.

이 산들은 소금과 에스테르와 함께 생화학, 광물학, 농업, 약학, 화학 산업, 화학 연구에 매우 중요한 인의 가장 잘 알려진 화합물들을 포함한다.

산

오르토인산

주요 기사: 인산

인산 중에서 가장 단순하고 가장 흔히 접하는 것은 오르토인산, HPO이다34. 실제로 인산이라는 용어는 종종 특별히 이 화합물을 의미한다(그리고 이것이 현재의 IUPAC 명명법이기도 하다).

올리고인산 및 다인산

폴리인산

둘 이상의 정형인산 분자는 물을 제거하여 더 큰 분자로 응결하여 결합할 수 있다. 몇 단위의 응축은 올리고인산(Olgophosphoric acid)을 산출하는 반면, 큰 분자는 다인산(Polyphosphoric acid (단, 두 용어의 구분이 잘 규정되어 있지 않다.)

예를 들어, 화인산, 삼인산, 사인산 등은 반응에 의해 얻을 수 있다.

2 H
3PO
4 → H
4P
2O
7 + H
2O
H
4P
2O
7 + H
3PO
4 → H
5P
3O
10 + H
2O
H
5P
3O
10 + H
3PO
4 → H
6P
4O
13 + H
2O

폴리인산 분자의 "백본"은 P 원자와 O 원자가 교대로 연결된 체이다. 응축된 각각의 여분의 직교인산단위는 H(수소) 원자 1개, P(인산) 원자 1개, O(산소) 원자 3개를 더한다. 폴리인산(polyphosphoric acid)의 일반적인 공식은 HPO
n+2
n
3n+1 또는 HO(-P(O)(OH)-O–)nH이다.

폴리인산(polyphosphoric acid)은 사이클화와 아틸화를 위한 유기합성에 사용된다.[1][2]

순환인산

반면 동일한 분자의 두 –OH 단위 사이의 응축은 두 개의 수소 원자와 한 개의 산소 원자를 제거하여 트리메타인산 형성에서와 같이 순환을 생성한다.

H
5P
3O
10 → H
3P
3O
9 + H
2O

인산의 일반적인 공식은 HPO인데n−2x+2n3n−x+1, 여기서 n은 인 원자의 수, x는 분자 구조의 기본 사이클의 수, 즉 모든 사이클을 제거하기 위해 깨져야 하는 최소 결합의 수이다.

Various Phosphoric Acids.PNG

모든 산소 원자가 공유되고 수소 원자(x = (n+2)/2)가 없는 내부 응축의 제한 사례는 오산화 인과
4
10 같은 무수화물 PO일n5n/2 것이다.

인산염

수소 원자를 양성자 H+로 제거하면 인산이 인산 음이온이 된다. 부분 제거는 다양한 수소 인산염 음이온을 산출한다.

오르토인산염

주요 기사: 인산염

정형인산 HPO의
3
4 음이온은 정형인산(일반적으로 단순히 "인산"이라고 불림) PO3−
4, 모노수소인산 HPO2−
4, 이수소인산 HPO이다
2−
4.

선형 올리고인산염 및 폴리인산염

주요 기사: 폴리인산염

화인산 HPO의
4
2
7 분해는 4개의 음이온인 HPO를
4-k
2−
7k− 생성하며, 여기서 충전 k의 범위는 1~4이다. 마지막은 화인산염[PO
24−
7]이다. 화인산염은 대부분 물에 잘 녹는다.

마찬가지로, 3인산 HPO는
5
3
10 최소 5개의 음이온[HPO
5-k
3
10]을 산출하는데,k− 여기서 k는 3인산[PO
35−
10]을 포함하여 1부터 5까지이다. Tetrapolyphosphoric acid HPO는
6
4
13 Tetrapolyphosphate[PO
46−
13 등]를 포함하여 최소 6개의 음이온을 산출한다. 각 여분의 인산단위는 P 원자 1개, O 원자 3개, 수소 원자 1개 또는 음전하를 추가한다는 점에 유의하십시오.

갈린 폴리인산도 비슷한 갈린 폴리인산 음이온을 준다. 이것의 가장 간단한 예는 삼인산 인산염 [OP(OPO
3)]
39−과 그것의 부분적인 분리판이다.

이러한 (비순환) 다인산 음이온에 대한 일반 공식은 선형 또는 분기형이며 [HPO
n+2−k
n
3n+1]k−이며, 여기서 충전 k는 1에서 n+2까지 다를 수 있다. 일반적으로 수용액에서 분리의 정도나 비율은 용액의 pH에 따라 달라진다.

순환 다인산염

트리메타프스포르산

인산 단위는 형광산 분자를 형성하는 고리(순환 구조)에서 서로 결합할 수 있다. 그러한 가장 간단한 화합물은 HPO라는339 공식을 가진 트리메타인산 또는 사이클로-트리인산이다. 그것의 구조는 삽화에 나와 있다. 그 끝은 응축되기 때문에, 그것의 공식은 삼인산보다 한 개의2 HO(물)가 적다. 흔히 트리메타포인산염이라고 불리는 것은 실제로 반지 크기의 혼합물을 가지고 있다. 그러한 순환 화합물의 일반적인 공식은 (HPO3)x이다. 여기서 x = 분자의 인산 단위 수입니다. 질산을 포함한 발란스 이소전자일 가상의 모노머 모노메타인산(HPO3)은 존재하지 않는 것으로 알려져 있다.

이러한 형이상산이 H로서+ 수소를 잃게 되면 형광산이라는 순환 음이온이 형성된다. 그러한 음이온이 있는 화합물의 예로는 분리제와 식품 첨가물로 사용되는 헥사메타인산나트륨(NaPO6618)이 있다.

화학적 특성

용해성

이러한 인산 시리즈는 분자의 극성을 고려할 때 일반적으로 수용성이 높다. 암모늄과 알칼리 인산염도 물에 꽤 녹는다. 알칼리성 흙염은 용해성이 떨어지기 시작하고 다른 금속의 인산염은 용해성이 훨씬 떨어진다.

가수분해 및 응축

수용액(물의 용해)에서 물은 점진적으로(몇 시간 동안) 다인산염을 더 작은 인산염으로, 마지막으로 충분한 물을 주면 정형 인산염으로 변한다. 높은 온도나 산성 조건은 가수분해 반응을 상당히 빠르게 할 수 있다.[3]

반대로, 폴리인산이나 폴리인산염은 인산 용액을 탈수하여 형성되는 경우가 많다. 즉, 물을 가열하고 증발시켜 그 용액에서 수분을 자주 제거한다.

사용하다

정형외과, 파이로, 3인산 화합물은 세제(즉, 세척제) 제형에 일반적으로 사용되어 왔다. 예를 들어, 3인산나트륨을 참조하십시오. 때때로 피인산염, 삼인산염, 사인산염 등을 이인산염, 삼인산염, 사인산염 등으로 부르기도 하는데, 특히 생화학에서 인산염 에스테르의 일부인 경우에는 더욱 그러하다. 또한 음용수 공급자에 의한 체중계 및 부식 제어에도 사용된다.[4] 폴리인산염은 부식 억제제로서 배관 내부 표면에 보호막을 형성하여 작용한다.[5]

인산염 에스테르

단인산 에스테르의 일반적인 화학적 구조; 여기서 모든 R은 H 또는 어떤 유기적 래디컬일 수 있다.

인산염의 -OH 그룹은 또한 인산염 에스테르를 형성하기 위해 히드록실 알코올 그룹과 응축할 수 있다. 오르토인산에는 3개의 OH 그룹이 있기 때문에, 1개, 2개 또는 3개의 알코올 분자로 에스테르화하여 모노, 디- 또는 트라이터를 형성할 수 있다. R 그룹 중 하나가 수소 또는 유기 래디컬일 수 있는 왼쪽 아래에 있는 정형(또는 모노) 인산염 에스테르의 일반 구조 이미지를 참조하십시오. 인산염 에스테르(di-poly) 및 삼포(또는 삼포) 등도 가능하다. 이러한 에스테르 분자의 인산염에 있는 모든 -OH 그룹은 용액의 pH에 따라 H+ 이온을 손실하여 음이온을 형성할 수 있다. 생물체의 생화학에는 (모노)인산염, 디프인산염, 삼인산 화합물(본질적으로 에스테르)의 종류가 많으며, 아데노신 디프인산염(ADP), 삼인산염(ATP)과 같은 신진대사에 중요한 역할을 한다.

BINOL에서 유래한 치랄 인산의 구조.[6]

참고 항목

참조

  1. ^ Harwood, Laurence M.; Hodgkinson, Leslie C.; Sutherland, James K.; Towers, Patrick (1984). "Synthesis of anthracyclinones. Part 1. Regioselective alkylation of 5-hydroxyquinizarin". Canadian Journal of Chemistry. 62 (10): 1922–1925. doi:10.1139/v84-329.
  2. ^ Nakazawa, Koichi; Matsuura, Shin; Kusuda, Kosuke (1954). "Studies on the Application of Polyphosphoric Acid as a Condensing Agent. II". Yakugaku Zasshi. 74 (5): 495–497. doi:10.1248/yakushi1947.74.5_495.
  3. ^ "Phosphoric acid and phosphates". Encyclopedia of Chemical Technology. New York: The Interscience Encyclopedia, Inc. 1953. p. 421.
  4. ^ "Polyphosphates for scale and corrosion control". Tramfloc, INC. January 2009. Retrieved December 23, 2010.
  5. ^ "Ortho-Polyphosphate Corrosion Inhibitors" (PDF). Government Engineering:The Journal for Public Infrastructure (September–October, 2006): 48–49. Retrieved December 23, 2010.
  6. ^ Parmar, Dixit; Sugiono, Erli; Raja, Sadiya; Rueping, Magnus (2014). "Complete Field Guide to Asymmetric BINOL-Phosphate Derived Brønsted Acid and Metal Catalysis: History and Classification by Mode of Activation; Brønsted Acidity, Hydrogen Bonding, Ion Pairing, and Metal Phosphates". Chemical Reviews. 114 (18): 9047–9153. doi:10.1021/cr5001496. PMID 25203602.

추가 읽기

외부 링크