焦磷酸鹽

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。

焦磷酸鹽
別名	二磷酸鹽
識別
CAS號	14000-31-8  Y
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
性質
化學式	P2O74-
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

提示：此條目的主題不是雙磷酸鹽（英語：Bisphosphonate），一種用於治療骨質疏鬆症的藥物。

歷史

在多磷酸鹽（英語：polyphosphate）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

焦磷酸鹽中都含有P₂O₇^4-離子，而各種鹽中P-O-P鍵的鍵角也各不相同，分布在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

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 + P₂O₇^4- = 2[CuP₂O₇]^2-；

Mn₂P₂O₇ + P₂O₇^4- = [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

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：

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

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硅^[2]:323。

含銨的磷酸鹽加熱也可製得一些二價金屬的焦磷酸鹽：

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

工業用途

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

主條目：生物化學

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P₂O₇^4-離子（簡寫為PP_i）：

ATP → AMP + PP_i

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（PP_i）。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）。

P₂O₇^4-離子在水溶液中不穩定，會水解為磷酸一氫根：

P₂O₇^4- + H₂O → 2 HPO₄^2-

或簡記為：

PP_i + H₂O → 2 P_i

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PP_i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PP_i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PP_i進入細胞外液^[10]。

ANKH（英語：ANKH）是一個無酶催化的生物質膜，能夠保持細胞外PP_i的濃度^[10]。這項功能若有缺陷，會導致PP_i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（英語：Ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1）（ENPP1）也能提高細胞外PP_i濃度^[10]。

從高能磷酸鹽（英語：High-energy phosphate）的角度來看，ATP水解成為AMP和PP_i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 P_i → 2 ATP

參見

• 單磷酸腺苷
• 二磷酸腺苷
• 三磷酸腺苷
• ATP酶
• ATP水解（英語：ATP hydrolysis）
• 三磷酸腺苷合酶
• 生物化學
• 骨骼
• 焦磷酸鈣
• 軟骨鈣質沉着症（英語：Calcium pyrophosphate dihydrate deposition disease）
• 催化
• DNA
• 高能磷酸鹽（英語：High-energy phosphate）
• 無機焦磷酸酶
• 核苷三磷酸
• 核苷酸
• 磷酸酯
• 氧化磷酸化
• 磷酸鹽
• 磷酸
• 含磷的酸與鹽（英語：Phosphoric acids and phosphates）
• RNA
• 焦磷酸鈉
• 磷酸二氫鈣
• 硫胺素焦磷酸
• 牙齒
• 焦磷酸鋅