磷具有非常广阔的用途,其单质多用于安全火柴、烟花、燃烧弹和化肥等方面,在金属表面保护,防止腐蚀方面也有很大的作用。磷在人体中是骨骼和牙齿的组成原料之一,它在人体内维持代谢平衡,因此成为构成生命的重要核心元素。在能量代谢过程中,磷也发挥了重要的调节作用,更是构成生命物质核苷酸的基本成分,并参与了人体内的酸碱平衡调节和体内脂肪代谢。人们根据大量事实得出,如何调控酶催化作用的主要原因是磷酰化及去磷酰化。在1933年,人们通过分离水解酪蛋白得到含磷的肽,之后更进一步证实了这种肽的结构是O-磷酰基-L-丝氨酸-L-谷氨酸。此后,更是发现了许多和磷原子通过共价键结合的磷酰蛋白、磷酰肽,后续更是证实了在一些如调节酶的活性、生物合成蛋白质、血浆膜上某些特殊离子微孔的开闭、调节膜渗透性等主要生理过程上的磷的作用。
磷酸二酯的化学性质足够稳定,其原因是磷酸二酯不仅能使两个核苷桥联,也可以令其保持电离,而磷酸二酯键也可以防止水解。因此作为遗传物质DNA基本骨架,可使生物信息亿万年保持不变。三聚磷酸酯(ATP)不仅仅是人体能量的直接来源,同时也以磷酰化试剂的身份来调控酶的活性,其原理是三聚磷酸酯可令酶活性部位上的侧链官能基与转移的磷酰基互相作用。因此磷所具备的各种作用和功能之多远远大于其他元素,这不仅体现在能与许多有机物合成脂,也可以使生物体内的反应在温和高效的条件下进行。磷元素与元素周期表中的其它元素相比,磷元素具有更为特殊性能,它将有生命的世界和无生命的世界串联在了一起。它不仅仅参与了自然生物的DNA-RNA循环,也成为了无机世界循环中不能缺少的一份子。
1。1。2有机磷化学
有机化学的一个分支即是有机磷化学,它的主要研究对象为有机磷化合物的反应与性质。有机磷化合物含有碳-磷键,在很多农药和化学武器中存在,可以作为氯化烃、滴滴涕等用于虫害控制的替代物。由于磷元素属于氮族元素,价电子层与氮元素结构类似,因此有机含氮化合物与有机磷化合物也具有了相似的性质。[2-3]自然界中还存在很多特殊高价有机磷化合物,但它们没有与之相对应的氮化合物,这是由于磷原子不仅有 3s 和 3p 轨道,此外还可以通过利用3d轨道成键。由于磷具有的弱碱性,电负性的影响,磷与氮形成的化合物性质还是存在着很多的差别。
有关于磷的含氧酸有众多种类,其中比较主要的具有如图1。1所示的关系:文献综述
图1。1 磷的主要含氧酸关系图
磷的含氧酸的有机衍生物是大多数有机磷化合物的来源,其中烃基衍生物和酯衍生物构成了有机磷化合物的基础,它们分别由图一中的氢被烃基取代和羟基被烃氧基取代得来。一般有两种方法分类有机磷化合物:1。按照磷原子的氧化价态进行分类;2。依据磷原子的配位数与化合价来分类。第一种方法对有机磷化合物氧化还原性质的研究有利。
1。1。3主要有机磷化合物的合成与相应反应
膦( PH3-XRX )是相应磷酸中的碳-氢键被碳-氧键取代后的产物称谓。当通式中的X = 0时,可得到膦的母体化合物膦化氢(PH3)。它拥有三角锥构型的结构,是胺的同类物。膦分子的键角比同种类的胺小,这是由于磷原子的半径较大。而取代的烃基体积也会影响到键角的大小,一般是烃基体积越大,键角越大。其描述方法可用所占据的烃基配体锥角的大小来形容。
膦分子中,由于一个SP3杂化轨道被一对弧对电子占据,这使得膦分子具有了亲核性和碱性,但其强度不及相应种类的胺。但特殊的是,在三苯基胺中,由于胺的孤对电子能够在三个苯环上离域,使得三苯基胺(pKa = -5)的碱性远远小于三苯基膦的碱性(pKa = 2。73),当膦拥有了三个不相同的取代基时,就能够形成两个对映异构体,因为两者的能垒相差较大,两者有时甚至可以拆分出来。