Принцип псевдовращения широко используют для объяснения механизмов реакций ФОС.
2. Диспропорционирование. Производные пяти и особенно трехвалентного Р, в молекулах которых атомы Р связаны с различными электроноакцепторными группами, склонны к межмолекулярному обмену этими группами, например:
2(RO)2P(O)Cl <-> (RO)3P(O) + ROP(O)Cl2
Диспропорционирование обычно катализируется кислотами. Наличие циклических фрагментов в молекуле препятствует диспропорционированию.
3. Фосфорилирование. С помощью ФОС, в молекулах, которых атом Р связям с электроноакцепторной (уходящей) группой, фосфорный можно водить в состав нуклеофилов (осуществлять фосфорилирование). В качестве уходящих групп и обычно выступают галогенениды, алкиокси-, тиоалкоксигруппы и др.
P(O)Cl3 + 3ROH -> (RO)3PO + HCl
Кислоты также используются в качестве фосфорилирующих средств, однако, как правило, после предварительной, активации, т. е. после превращения кислотного гидроксила в легкоуходящую группу:
Производныс кислот с трехвалентным атомом Р проявляют более высокую фосфорилирующую активность, чем производные с пятивалентным атомом Р.
4. Важнейшие реакции производных трехвалентного Р. Эти соединения легко окисляются, присоединяют атомы S, Se, Te, Hal, иминируются, алкилируются:
Eсли X=OAlk, SAlk, то первичный продукт взаимодействия PX3 c RHal далее распадается с образованием фосфорильного (тиофосфорильного) соединения (Арбузова реакция). При взаимодействии средних фосфитов с a-галогенкарбонильными соединения может происходить как реакция Арбузова, так и иной процесс, приводящий к фосфовиниловым эфирам (Перкова реакция):
(RO)3P + BrCH2C(O)CH3 -> (RO)2P(O)OC(CH3)=CH2
Многие производные трехвалентного Р присоединяются к сопряженным диенам и другим p,p-сопряженным системам, образующиеся продукты могут выделяться, как целевые вещества либо без выделения вступать в дальнейшие превращения.
Соединения с трехвалентным атомом Р легко обрадуют комплексы с производными переходных металлов.
5. Важнейшие реакции производных пятивалентного Р. Кислород фосфорильной группы в таких ФОС заменяется на серу под действием P2S5. В молекулах третичных фосфиноксидов он элиминируется при восстановлении трихлорсиланом.
Сложные эфиры тионовых кислот при действии алкилгалогенидов или при нагревании претерпевают тион-тиольную перегруппировку:
В большинстве фосфорильных соединений со связью С-Р a-метиленовые протоны фосфорильной группы подвижны, что приводит к их депротонированию под действием сильных основании. Образующиеся карбанионы при взаимодействии с альдегидами и кетонами образуют олефины (Хорнера реакция):
Подобная реакция происходит под действием фосфиналкиленов (Виттига реакция):
Ph3P=CH2 + RCHO -> CH2=CHR + Ph3PO
a-Гидроксифосфонаты при нагревании в присутствии оснований могут превращаться в фосфаты (фосфонат-фосфатная перегруппировка):
RCH(OH)P(O)(OR')2 -> RCH2OP(O)(OR')2
Фосфорильные соединения образуют комплексы с различными переходными и непереходными металлами с участием кислорода фосфорильной группы. Устойчивость комплексов обычно возрастает при хелатировании металла.
4.2.6. Получение ФОС
Общий путь синтеза ФОС включает три последовательные стадии:
· получение элементарного фосфора из минерального сырья.
· превращение фосфора в неорганические производные (Р4О10, РСl3, РСl5, РОСl3).
· получение ФОС взаимодействием. этих производных со спиртами, аминами, альдегидами, олефинами и др. Возможно также превращение фосфора в ФОС, минуя неорганические производные (например, взаимодействие элементного Р с алкилгалогенидами или спиртами).
Среди многочисленных способов синтеза конкретных ФОС выделяют методы позволяющие получать соединения со связью С-Р. Эти методы приведены ниже.
Фосфины и гидрофосфорильные (тиогидрофосфорильные) соединения в условиях гомолитических реакций; легко присоединяются к олефинам с образованием связи С-Р:
Эти же соединения в условиях гетеролитических реакций присоединяются по связям С=O, С=N, С=S, С=C c образованием разнообразных функционализированных ФОС:
При алкилировании и арилировании средних эфиров кислот трехвалентного фосфора образуется новая связь С-Р (реакция Арбузова).
Аналогично осуществляется реакция с использованием металлических солей гидрофосфорильных соединений (реакция Михаэлиса - Беккера):
(RO)2PONa + R'X -> R'P(O)(OR)2 + NaX
Этот синтез целесообразно проводить в условиях межфазного катализа.
Галогенангидриды органических кислот фосфора образуются присоединении РСl5 и родственных веществ к непредельным соединениям:
2PCl5 + RCH=CH2 -> RCHClCH2PCl4PCl6
При взаимодействии алканов или алкенов с РСl3 и кислородом образуются сложные смеси веществ, основными компонентами которых являются дихлорангидриды фосфоновых кислот (реакция окислительное хлорфосфонирование).
Ароматические соединения легко фосфорилируются РСl3, P2S5 и другими элекрофилами в условиях реакции Фриделя-Крафтса.
Алкилгалогениды в присутствии кислот Льюиса алкилируются PCl3 c образованием связи С-Р:
При нагревании белого и красного фосфора с арил- или алкилгалогенидами образуется смесь хлорфосфинов. Вариант этой реакции, представляющий практическое значение - алкилирование Р присутствии иода.
Связь С-Р образуется также при взаимодействии. галогенангидридов кислот фосфора с металлоорганическими соединениями, при этом один и несколько атомов галогена обмениваются на углеводородные радикалы:
PCl3 + RLi -> R3P + LiCl
4.3. АТФ
Важнейшая особенность фосфорных кислот - образование полифосфатов:
Подобные структуры являются фрагментами АТФ. Высвобождение и аккумуляция энергии в АТФ обеспечивается за счет обратимого гидролиза трифосфата до дифосфата и наоборот.
Молекула АТФ - это один своеобразный нуклеотид, который, как и другие нуклеотиды, состоит из трех компонентов: азотистого основания - аденина, углевода - рибозы, но вместо одного содержит три остатка молекул фосфорной кислоты. Связи, обозначенные значком ~, богаты энергией и называются макроэргическими. Каждая молекула АТФ содержит две макроэргические связи.
При разрыве макроэргической связи и отщеплении с помощью ферментов одной молекулы фосфорной кислоты освобождается 40 кДж/моль энергии, а АТФ при этом превращается в АДФ - аденозиндифосфорную кислоту. При отщеплении еще одной молекулы фосфорной кислоты освобождается еще 40 кДж/моль; образуется АМФ - аденозинмонофосфорная кислота. Эти реакции обратимы, то есть АМФ может превращаться в АДФ, АДФ - в АТФ.
Молекулы АТФ не только расщепляются, но и синтезируются, поэтому их содержание в клетке относительно постоянно. Значение АТФ в жизни клетки огромно. Эти молекулы играют ведущую роль в энергетическом обмене, необходимом для обеспечения жизнедеятельности клетки и организма в целом.
4.4. Фосфорные удобрения
«В 1839 г. англичанин Лауз впервые получил суперфосфат - фосфорное удобрение, легко усвояемое растениями».
4.4.1. Значение
Одним из основных элементов питания растений является фосфор. Правильное его использование ускоряет рост и развитие растений, повышается урожай и качество сельскохозяйственной продукции. Согласно данным полевых опытов агрохимслужбы, внесение 90 кг фосфора на 1 га посевной площади в зависимости от почвы повышает урожайность озимой пшеницы на 400-500 кг/га, ячменя -- 300-600 кг/га, кукурузы -- 400-800 кг/га, подсолнечника -- 150-200 кг/га, сахарной свеклы -- 300-800 кг/га, картофеля -- 150-250 кг/га. Внесение фосфорных удобрений увеличивает содержание крахмала в клубнях картофеля, положительно влияет на накопление сахара в сахарной свекле.
Прядильные культуры после внесения фосфорных удобрений имеют более длинное, прочное и тонкое волокно. Наряду с этим значительно увеличивается зимостойкость озимых зерновых культур, многолетних трав и плодово-ягодных культур, а также устойчивость растений при засухе. Особенностью фосфорных удобрений является также то, что они способствуют повышению эффективности действия других видов удобрений. На почвах с низким содержанием фосфора на 15-25% снижается эффективность азотных и калийных удобрений.
Большее количество фосфора содержится в товарной части урожая, поэтому значительная его часть отчуждается с продукцией. И если в природе существует кругооборот азота, в котором участвует атмосферный азот, то запасы фосфора в почве могут пополняться только благодаря внесению органических и минеральных удобрений.
Фосфорными удобрениями являются кальциевые и аммонийные соли фосфорной кислоты, а также некоторые другие соединения:
Наименование удобрения
Формула
Содержание питательных веществ (%)
Суперфосфат простой, гранулированный и порошковидный
Ca(H2PO4)2*H2O + H3PO4 + CaSO4
14.0-21.0 P2O5
Суперфосфат обогащенный
Ca(H2PO4)2+H3PO4
22.5-40.0 P2O5
Суперфосфат двойной
Ca(H2PO4)2*H2O+H3PO4
40.0-50.0 P2O5
Преципитат
CaHPO4*2H2O
27.0-46.0 P2O5
Мука фосфоритная
Ca3(PO4)2*CaF2
16.0-35.0 P2O5
Шлак фосфорный (томасовский или мартеновский)
4CaO*P2O5 + 5CaO*P2O5*SiO2
14.0-20.0 P2O5
Термофосфат
Na2O*4CaO*P2O5*SiO2
20.0-35.0 P2O5
Фосфат плавленый
4(CaMg)O*P2O5 + 5(CaMg)O*P2O5*SiO2
Мука костяная
Ca3(PO4)2*CaCO3 + органические соединения
30.0 P2O5
Фосфат обесфторенный
3CaO*P2O5 + 4CaO*P2O5*SiO2
20-38 P2O5
Метафосфат кальция
Ca(PO3)2
65-70 P2O5
Полифосфат кальция
CanPnO(3n+1)
До 60,0 P2O5 23,0-24,0 CaO
Комплексные фосфорсодержащие удобрения
Аммофос
28-36 P2O5
Аммофоска
28-32 P2O5
Нитроаммофос
26-36 P2O5
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7