焦磷酸盐

焦磷酸盐
别名 二磷酸盐
识别
CAS号 14000-31-8  checkY
PubChem 644102
ChemSpider 559142
SMILES
 
  • [O-]P(=O)([O-])OP(=O)([O-])[O-]
InChI
 
  • 1/H4O7P2/c1-8(2,3)7-9(4,5)6/h(H2,1,2,3)(H2,4,5,6)/p-4
InChIKey XPPKVPWEQAFLFU-XBHQNQODAI
ChEBI 18361
DrugBank DB04160
性质
化学式 P2O74-
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。
提示：此条目的主题不是雙磷酸鹽（英语：Bisphosphonate），一種用於治療骨質疏鬆症的藥物。

焦磷酸盐（英語：Pyrophosphate）是焦磷酸的盐。焦磷酸盐又称二磷酸盐或双磷酸盐（英語：Diphosphate）。在食品添加剂中，焦磷酸盐的代号是E450。除了正盐以外，也有一些焦磷酸的酸式盐存在，比如Na2H2P2O7。

历史

在多磷酸盐（英语：polyphosphate）系列中，焦磷酸盐是第一个被发现的。

焦磷酸四乙酯的合成是由菲利普·克莱蒙在1854年法国科学院的一次会议中首次报告的，它是最早被合成的含有磷的乙酰胆碱酯酶抑制剂[1]。

物理性质

焦磷酸盐中都含有P2O74-离子，而各种盐中P-O-P键的键角也各不相同，分布在120°至180°之间。P-O-P键的键长也比离子末端的P-O键要长。下面列出部分数据：

  • β-Mg2P2O7中P-O-P键键角为180°，键长为156pm，末端P-O键键长未知；
  • α-Mg2P2O7中P-O-P键键角为144°，键长为157pm，末端P-O键键长为151pm；
  • Na4P2O7中P-O-P键键角为127°，键长为163.6pm，末端P-O键键长为151.3pm；
  • KAlP2O7中P-O-P键键角为125°，键长为160.7pm，末端P-O键键长为150.9pm。[2]:325

化学性质

通常情况下，焦磷酸盐在磷的含氧酸形成的盐中有着最大的溶解度[3]；另外，它还是一种良好的络合剂（比如与钙离子或许多过渡金属离子配位）：

Cu2P2O7 + P2O74- = 2[CuP2O7]2-；
Mn2P2O7 + P2O74- = [Cu2(P2O7)2]4-。可以看出焦磷酸根过量时，难溶的焦磷酸盐又转化为配离子溶解。这些反应在化学工业上有许多用途，如可以用作无氰电镀。[4]:545-546

制备

焦磷酸盐最初是通过加热磷酸盐得到的（英文中的词头pyro来自于希腊语中的“火”）。将磷酸一氢盐加热至603-613K开始聚合，至773K[2]:323可以制得焦磷酸盐：

2Na2HPO4 = Na4P2O7 + H2O[4]:545[2]:323

但此反应不能在玻璃容器中进行，因为焦磷酸钠能够腐蚀二氧化硅[2]:323。

含铵的磷酸盐加热也可制得一些二价金属的焦磷酸盐：

2NH4NiPO4·6H2O = Ni2P2O7 + 2NH3 + 13H2O[2]:325

工业用途

焦磷酸盐在工业上常被用作食品添加剂。实验表明焦磷酸盐能够对肉类食物的肌肉蛋白起到保水作用，其原理是焦磷酸盐增大了蛋白质的离子强度，使得其离子排斥作用增强，蛋白之间空间增加。[5]焦磷酸盐还能明显地改善猪肉丸的破裂特性、硬度等特点，并减小其蒸煮损失[6]。焦磷酸二氢二钠可以用作食品改良剂[7]。

生物化学用途

主条目：生物化学

焦磷酸盐在生物化学中有非常重要的地位。细胞中的ATP水解为AMP时生成了P2O74-离子（简写为PPi）：

ATP → AMP + PPi

例如，当聚合酶正在把核苷酸聚合成DNA或是RNA链时，就会生成焦磷酸根离子（PPi）。焦磷酸解是指DNA聚合反应的逆反应，即焦磷酸根与dNMP反应，把寡核苷酸转化为对应的三磷酸（从DNA中释放dNTP，从RNA中释放NTP）。

P2O74-离子在水溶液中不稳定，会水解为磷酸一氢根：

P2O74- + H2O → 2 HPO42-

或简记为：

PPi + H2O → 2 Pi

没有酶催化时，除非在高浓度酸性介质中，否则含有多磷酸结构的物质，例如焦磷酸、三磷酸、ADP和ATP的水解一般进行得非常缓慢[8]。

将ATP水解为没有生物活性的AMP和PPi的反应是不可逆的，这个反应体现了这类生物化学水解的不可逆性。

在关节液、血浆以及尿液中有许多PPi来防止钙化，且在细胞外液（ECF）中能够抑制羟基磷灰石的形成[9]。细胞会引导其内部的PPi进入细胞外液[10]。

ANKH（英语：ANKH）是一个无酶催化的生物质膜，能够保持细胞外PPi的浓度[10]。这项功能若有缺陷，会导致PPi的细胞外浓度过低以及细胞内浓度过高[9]。核苷酸内焦磷酸酶/磷酸二酯酶1抗体（英语：Ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1）（ENPP1）也能提高细胞外PPi浓度[10]。

从高能磷酸盐（英语：High-energy phosphate）的角度来看，ATP水解成为AMP和PPi需要断裂两根高能磷酸键，同理将AMP重组为ATP需要两个磷酸化反应：

AMP + ATP → 2 ADP
2 ADP + 2 Pi → 2 ATP

参见

参考文献

  1. ^ 李俊旭. 神经毒气:毒扁豆也疯狂. 中国新闻周刊. 2013-09. 2013(36). 86
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 张青莲. 无机化学丛书 第四卷. 1995-01-01. ISBN 9787030305480. 
  3. ^ C.Michael Hogan. 2011. Phosphate. Encyclopedia of Earth. Topic ed. Andy Jorgensen. Ed.-in-Chief C.J.Cleveland. National Council for Science and the Environment. Washington DC （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  4. ^ 4.0 4.1 吴国庆等. 无机化学 (第四版). 2002-08 [2014-07-05]. ISBN 9787040115833. 
  5. ^ 韩敏义, 李巧玲, 陈红叶. 复合磷酸盐在食品中的应用. 中国食品添加剂. 2004 (3). (PDF). [2014-07-05]. （原始内容 (PDF)存档于2016-03-04）. 
  6. ^ 王秀霞等. 多聚磷酸盐对猪肉丸质构特性的影响研究. 肉类工业. 2006 (3). 17.. [2014-07-05]. （原始内容存档于2021-04-11）. 
  7. ^ 彭永, 左都华, 邓小兵, 赵乾康, 向莉. 磷酸盐工业. 2005.. [2014-07-05]. （原始内容存档于2021-04-11）. 
  8. ^ Huebner PWA, Milburn RM. Hydrolysis of pyrophosphate to orthophosphate promoted by cobalt(III). Evidence for the role of polynuclear species. Inorg Chem. May 1980, 19 (5): 1267–72. doi:10.1021/ic50207a032. 
  9. ^ 9.0 9.1 Ho AM, Johnson MD, Kingsley DM. Role of the mouse ank gene in control of tissue calcification and arthritis. Science. Jul 2000, 289 (5477): 265–70. PMID 10894769. doi:10.1126/science.289.5477.265. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 Rutsch F, Vaingankar S, Johnson K, Goldfine I, Maddux B, Schauerte P, Kalhoff H, Sano K, Boisvert WA, Superti-Furga A, Terkeltaub R. PC-1 nucleoside triphosphate pyrophosphohydrolase deficiency in idiopathic infantile arterial calcification. Am J Pathol. Feb 2001, 158 (2): 543–54. PMC 1850320 可免费查阅. PMID 11159191. doi:10.1016/S0002-9440(10)63996-X. 

拓展阅读

  • Schröder HC, Kurz L, Muller WEG, Lorenz B. Polyphosphate in bone (PDF). Biochemistry (Moscow). Mar 2000, 65 (3): 296–303. （原始内容 (PDF)存档于2011-08-25）. 

外部链接

查看维基词典中的词条「焦磷酸盐」。