焦磷酸鹽
| 焦磷酸鹽 | |
|---|---|
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| |
| 別名 | 二磷酸鹽 |
| 識別 | |
| CAS號 | 14000-31-8 
|
| PubChem | 644102 |
| ChemSpider | 559142 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | XPPKVPWEQAFLFU-XBHQNQODAI |
| ChEBI | 18361 |
| DrugBank | DB04160 |
| 性質 | |
| 化學式 | P2O74- |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
焦磷酸鹽（英語：Pyrophosphate）是焦磷酸的鹽。焦磷酸鹽又稱二磷酸鹽或雙磷酸鹽（英語：Diphosphate）。在食品添加劑中，焦磷酸鹽的代號是E450。除了正鹽以外，也有一些焦磷酸的酸式鹽存在，比如Na2H2P2O7。
歷史
[編輯]在多磷酸鹽系列中，焦磷酸鹽是第一個被發現的。
焦磷酸四乙酯的合成是由菲利普·克萊蒙在1854年法國科學院的一次會議中首次報告的，它是最早被合成的含有磷的乙酰膽鹼酯酶抑制劑[1]。
物理性質
[編輯]焦磷酸鹽中都含有P2O74-離子，而各種鹽中P-O-P鍵的鍵角也各不相同，分佈在120°至180°之間。P-O-P鍵的鍵長也比離子末端的P-O鍵要長。下面列出部分數據：
- β-Mg2P2O7中P-O-P鍵鍵角為180°，鍵長為156pm，末端P-O鍵鍵長未知；
- α-Mg2P2O7中P-O-P鍵鍵角為144°，鍵長為157pm，末端P-O鍵鍵長為151pm；
- Na4P2O7中P-O-P鍵鍵角為127°，鍵長為163.6pm，末端P-O鍵鍵長為151.3pm；
- KAlP2O7中P-O-P鍵鍵角為125°，鍵長為160.7pm，末端P-O鍵鍵長為150.9pm。[2]:325
化學性質
[編輯]通常情況下，焦磷酸鹽在磷的含氧酸形成的鹽中有着最大的溶解度[3]；另外，它還是一種良好的絡合劑（比如與鈣離子或許多過渡金屬離子配位）：
- Cu2P2O7 + P2O74- = 2[CuP2O7]2-；
- Mn2P2O7 + P2O74- = [Cu2(P2O7)2]4-。可以看出焦磷酸根過量時，難溶的焦磷酸鹽又轉化為配離子溶解。這些反應在化學工業上有許多用途，如可以用作無氰電鍍。[4]:545-546
製備
[編輯]焦磷酸鹽最初是通過加熱磷酸鹽得到的（英文中的詞頭pyro來自於希臘語中的「火」）。將磷酸一氫鹽加熱至603-613K開始聚合，至773K[2]:323可以製得焦磷酸鹽：
但此反應不能在玻璃容器中進行，因為焦磷酸鈉能夠腐蝕二氧化矽[2]:323。
- 2NH4NiPO4·6H2O = Ni2P2O7 + 2NH3 + 13H2O[2]:325
工業用途
[編輯]焦磷酸鹽在工業上常被用作食品添加劑。實驗表明焦磷酸鹽能夠對肉類食物的肌肉蛋白起到保水作用，其原理是焦磷酸鹽增大了蛋白質的離子強度，使得其離子排斥作用增強，蛋白之間空間增加。[5]焦磷酸鹽還能明顯地改善豬肉丸的破裂特性、硬度等特點，並減小其蒸煮損失[6]。焦磷酸二氫二鈉可以用作食品改良劑[7]。
生物化學用途
[編輯]焦磷酸鹽在生物化學中有非常重要的地位。細胞中的ATP水解為AMP時生成了P2O74-離子（簡寫為PPi）：
- ATP → AMP + PPi
例如，當聚合酶正在把核苷酸聚合成DNA或是RNA鏈時，就會生成焦磷酸根離子（PPi）。焦磷酸解是指DNA聚合反應的逆反應，即焦磷酸根與dNMP反應，把寡核苷酸轉化為對應的三磷酸（從DNA中釋放dNTP，從RNA中釋放NTP）。
P2O74-離子在水溶液中不穩定，會水解為磷酸一氫根：
- P2O74- + H2O → 2 HPO42-
或簡記為：
- PPi + H2O → 2 Pi
沒有酶催化時，除非在高濃度酸性介質中，否則含有多磷酸結構的物質，例如焦磷酸、三磷酸、ADP和ATP的水解一般進行得非常緩慢[8]。
將ATP水解為沒有生物活性的AMP和PPi的反應是不可逆的，這個反應體現了這類生物化學水解的不可逆性。
在關節液、血漿以及尿液中有許多PPi來防止鈣化，且在細胞外液（ECF）中能夠抑制羥基磷灰石的形成[9]。細胞會引導其內部的PPi進入細胞外液[10]。
ANKH是一個無酶催化的生物質膜，能夠保持細胞外PPi的濃度[10]。這項功能若有缺陷，會導致PPi的細胞外濃度過低以及細胞內濃度過高[9]。核苷酸內焦磷酸酶/磷酸二酯酶1抗體（ENPP1）也能提高細胞外PPi濃度[10]。
從高能磷酸鹽的角度來看，ATP水解成為AMP和PPi需要斷裂兩根高能磷酸鍵，同理將AMP重組為ATP需要兩個磷酸化反應：
- AMP + ATP → 2 ADP
- 2 ADP + 2 Pi → 2 ATP
參見
[編輯]參考文獻
[編輯]- ^ 李俊旭. 神經毒氣:毒扁豆也瘋狂. 中國新聞周刊. 2013-09. 2013(36). 86
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 張青蓮. 无机化学丛书 第四卷. 1995-01-01. ISBN 9787030305480.
- ^ 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 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ 4.0 4.1 吳國慶等. 无机化学 (第四版). 2002-08 [2014-07-05]. ISBN 9787040115833.
- ^ 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]. （原始內容 (PDF)存檔於2016-03-04）.
- ^ 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]. （原始內容存檔於2021-04-11）.
- ^ 彭永, 左都华, 邓小兵, 赵乾康, 向莉. 磷酸盐工业. 2005.. [2014-07-05]. （原始內容存檔於2021-04-11）.
- ^ 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.
- ^ 9.0 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.
- ^ 10.0 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
. PMID 11159191. doi:10.1016/S0002-9440(10)63996-X.
拓展閱讀
[編輯]- Schröder HC, Kurz L, Muller WEG, Lorenz B. Polyphosphate in bone (PDF). Biochemistry (Moscow). Mar 2000, 65 (3): 296–303. （原始內容 (PDF)存檔於2011-08-25）.
