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焦磷酸鹽

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焦磷酸鹽
別名 二磷酸鹽
識別
PubChem 644102
ChemSpider 559142
SMILES
InChI
InChIKey XPPKVPWEQAFLFU-XBHQNQODAI
ChEBI 18361
DrugBank DB04160
性質
化學式 P2O74-
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

焦磷酸鹽(英語:Pyrophosphate)是焦磷酸。焦磷酸鹽又稱二磷酸鹽雙磷酸鹽(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

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·克萊蒙英語Philippe de Clermont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

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

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「」)。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[4]:545[2]:323

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

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

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。

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英語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抗體英語Ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1(ENPP1)也能提高細胞外PPi濃度[10]

高能磷酸鹽英語High-energy phosphate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

參考文獻

  1. ^ 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. ^ 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. 
  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 頁面存檔備份,存於互聯網檔案館
  4. ^ 4.0 4.1 吳國慶等. 无机化学 (第四版). 2002-08. ISBN 9787040115833. 
  5. ^ 韓敏義, 李巧玲, 陳紅葉. 複合磷酸鹽在食品中的應用. 中國食品添加劑. 2004 (3).[永久失效連結]
  6. ^ 王秀霞等. 多聚磷酸鹽對豬肉丸質構特性的影響研究. 肉類工業. 2006 (3). 17.
  7. ^ 彭永, 左都華, 鄧小兵, 趙乾康, 向莉. 磷酸鹽工業. 2005.
  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. PMID 11159191. doi:10.1016/S0002-9440(10)63996-X. 

拓展閱讀

  • 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). 

外部連結

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焦磷酸鹽
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