Кіріспе
Кем дегенде бір ковалентті көміртек-фосфор байланысы бар органикалық қосылыстар. Органофосфор химиясы – органофосфор қосылыстарының синтезі мен қасиеттерін ғылыми тұрғыдан зерттеу саласы, бұл қосылыстар фосфорды қамтитын органикалық заттар. Олар негізінен зиянкестермен күресу үшін қолданылады, қоршаған ортада ұзақ сақталып қалатын хлорланған көмірсутектерге балама ретінде. Кейбір органофосфор қосылыстары өте тиімді инсектицидтер болып табылады, бірақ олардың кейбіреулері, мысалы зарин және VX нейротоксикалық заттары, адамдар үшін өте улы. Фосфор, азот сияқты, периодтық кестедегі 15-топқа жатады, сондықтан фосфор және азот қосылыстарының көптеген қасиеттері ұқсас. Органофосфор қосылыстарының анықтамасы әртүрлі болуы мүмкін, бұл шатасуға алып келуі мүмкін. Өнеркәсіптік және экологиялық химияда органофосфор қосылысында тек органикалық топтың болуы жеткілікті, ал тікелей фосфор-көміртек (P–C) байланысы міндетті емес. Сондықтан көптеген пестицидтер (мысалы, малатион) осы қосылыстар класына жатады. Фосфор әртүрлі тотығу дәрежелерін қабылдай алады, сондықтан органофосфор қосылыстарын фосфордың (V) және фосфордың (III) туындылары ретінде жіктеу қалыпты жағдай. Сипаттамалық номенклатурада фосфор қосылыстары координациялық саны σ және валенттілігі λ арқылы белгіленеді. Бұл жүйеде фосфин – σ3λ3 қосылысы.
Organophosphorus chemistry is the scientific study of the synthesis and properties of organophosphorus compounds, which are organic compounds containing phosphorus. They are used primarily in pest control as an alternative to chlorinated hydrocarbons that persist in the environment. Some organophosphorus compounds are highly effective insecticides, although some are extremely toxic to humans, including sarin and VX nerve agents. Phosphorus, like nitrogen, is in group 15 of the periodic table, and thus phosphorus compounds and nitrogen compounds have many similar properties. The definition of organophosphorus compounds is variable, which can lead to confusion. In industrial and environmental chemistry, an organophosphorus compound need contain only an organic substituent, but need not have a direct phosphorus carbon (P C) bond. Thus a large proportion of pesticides (e. g., malathion), are often included in this class of compounds. Phosphorus can adopt a variety of oxidation states, and it is general to classify organophosphorus compounds based on their being derivatives of phosphorus(V) vs phosphorus(III), which are the predominant classes of compounds. In a descriptive but only intermittently used nomenclature, phosphorus compounds are identified by their coordination number σ and their valency λ. In this system, a phosphine is a σ3λ3 compound.
Фосфат эфирлері мен амидтері
Фосфат эфирлерінің жалпы құрылымы P(=O)(OR)₃, P(V) белгісімен сипатталады. Мұндай заттар жалынды баяулатушы және пластификаторлар ретінде технологиялық маңызы бар. P–C байланысының болмауына байланысты, бұл қосылыстар техникалық тұрғыдан органофосфорлық қосылыстар емес, фосфор қышқылының эфирлері болып табылады. Көптеген туындылары табиғатта кездеседі, мысалы, фосфатидилхолин. Фосфат эфирлері фосфор оксихлоридінің спирттермен спирттелуі арқылы синтезделеді. Әртүрлі аралас амидоалкоксо туындылары белгілі, медициналық маңызы бар мысал ретінде қатерлі ісікке қарсы циклофосфамид дәрісін атауға болады. Сондай-ақ, тиофосфорил тобын (P=S) қамтитын туындыларға пестицид малатион жатады. Ең көп көлемде өндірілетін органофосфаттар – мотор майына қоспа ретінде қолданылатын цинк дитиофосфаттары. Жыл сайын фосфор пентасульфидінің спирттермен реакциясы нәтижесінде осы координациялық кешеннің бірнеше миллион килограммы өндіріледі. Қоршаған ортада бұл қосылыстар гидролиз арқылы ыдырайды, соңында фосфат пен олардан алынған органикалық спирт немесе амин пайда болады.
Фосфоникалық және фосфиндiк қышқылдар және олардың эфирлерi
Фосфонаттар – фосфоновая қышқылының эфирлері және жалпы формуласы RP(=O)(OR')2. Фосфонаттардың көптеген техникалық қолданыстары бар, оның белгілі бір өкілі – глифосат, ол Roundup деген атпен кеңінен танымал. (HO)2P(O)CH2NHCH2CO2H формуласына ие бұл глицин туындысы – ең көп қолданылатын гербицидтердің бірі. Бисфосфонаттар – остеопорозды емдеуге қолданылатын дәрілік заттар класы. Нервтік газ зарины, құрамында C–P және F–P байланыстары бар, фосфонат болып табылады. Фосфинаттарда екі P–C байланысы бар және жалпы формуласы R2P(=O)(OR'). Маңызды коммерциялық өнім – гербицид глюфосинат. Жоғарыда аталған глифосат сияқты, оның құрылымы CH3P(O)(OH)CH2CH2CH(NH2)CO2H. Михаэлис-Арбузов реакциясы – осы қосылыстарды синтездеудің негізгі әдісі. Мысалы, диметилметилфосфонат (жоғарыдағы суретті қараңыз) триметилфосфиттің метил йодидімен катализденетін қайта құрылуынан пайда болады. Хорнер-Уодсворт-Эммонс реакциясында және Сейферт-Гилберт гомологациясында фосфонаттар карбонилді қосылыстармен реакцияға түседі. Кабахник-Филдс реакциясы – аминофосфонаттарды дайындау әдісі. Бұл қосылыстарда фосфор мен көміртек арасындағы байланыс өте инертті. Осының салдарынан олар гидролизденіп, фосфоно және фосфино қышқылдарының туындыларын береді, бірақ фосфатты емес.
Фосфин оксидтері, имидтері және халкогенділері
Фосфин оксидтері (белгісі σ4λ5) жалпы құрылымы R3P=O, формалды тотығу дәрежесі V. Фосфин оксидтері сутекті байланыстар түзетіндіктен, олардың кейбіреулері суда ериді. P=O байланысы өте полярлы, трифенилфосфин оксиді үшін дипольдық моменті 4,51 D-ге тең. Фосфин оксидтеріне қатысты қосылыстарға фосфин имидтері (R3PNR') және ұқсас шалагенидтер (R3PE, мұнда E = S, Se, Te) жатады. Бұл қосылыстар ең жылуға төзілді органофосфорлық қосылыстардың бірі болып табылады.
Фосфоний тұздары және фосфорандар
[PR4+]X− формуласы бар қосылыстар фосфоний тұздарын құрайды. Бұл заттар тетраэдрлі фосфор(V) қосылыстары болып табылады. Коммерциялық тұрғыдан ең маңыздысы – тетракис(гидроксиметил)фосфоний хлориді, [P(CH2OH)4]Cl, ол тоқыма өнімдерінде оттықарғыш ретінде қолданылады. Хлорид пен оған байланысты сульфаттан жыл сайын шамамен 2 миллион тонна өндіріледі.
Фосфиндер
Фосфиндердің негізгі қосылысы PH3 болып табылады, АҚШ және Ұлыбритания достастығында фосфин деп, ал басқа жерлерде фосфан деп аталады. Бір немесе бірнеше сутек атомдарын органикалық топтармен (алкил, арил) алмастыру PH3−xRx органофосфинін береді, оны көбінесе фосфиндер деп атайды. Коммерциялық тұрғыдан ең маңызды фосфин – трифенилфосфин, одан жылына бірнеше миллион килограмм өндіріледі. Ол хлорбензол, PCl3 және натрийдің әрекеттесуінен алынады. Фосфор галоидтары Гринард реагенттері сияқты органометалдық реагенттермен нуклеофильдік орынбасу реакциясына түседі. Органофосфиндер нуклеофилдер және лигандтар болып табылады. Олардың екі негізгі қолданысы Виттиг реакциясында реагент ретінде және гомогенді катализде қолдаушы фосфин лигандтары ретінде қолданылады. Олардың нуклеофильдігі алкил галоидтарымен реакцияласып фосфоний тұздарын түзетіндей дәлелденген. Фосфиндер органикалық синтезде нуклеофильді катализаторлар болып табылады, мысалы, Раухут-Курриер және Бейлис-Хиллман реакциялары. Фосфиндер – тотығуға қарсы агенттер, оны органикалық азидтерді аминдерге айналдыру үшін Стаудингер тотығуға қарсы әрекетінде және спирттерді эфирлерге айналдыру үшін Мицунобу реакциясында көруге болады. Бұл процестерде фосфин фосфор(V) күйіне дейін тотығады. Фосфиндер сондай-ақ белсенді карбонил топтарын тотығуға қарсы әрекет етеді, мысалы, α-кетоэстерді α-гидроксиэстерге дейін тотығуға қарсы әрекет етеді.
Фосфалькендер және фосфалькиндер
Көміртек пен фосфордың (III) көп байланыстары бар қосылыстар фосфалькендер (R2C=PR) және фосфалькиндер (RC≡P) деп аталады. Олар құрылымы жағынан иминдерге (R2C=NR) және нитрилдерге (RC≡N) ұқсас, бірақ реактивтілігі жағынан ерекшеленеді. Фосфоринде бензол сақинасындағы бір көміртек атомы фосформен алмастырылады. Мұндай қосылыстар сирек кездеседі, сондықтан зерттеушілер үшін қызығушылық тудырады. Фосфалькендерді синтездеудің жалпы әдісі – DBU, DABCO немесе триэтиламин сияқты негіздердің әсерімен немесе термиялық түрде ыдырауға ұшыратылатын қолайлы прекурсорлардың 1,2-жою реакциясы болып табылады: Me2PH-тің термиялық ыдырауы конденсацияланған фазада тұрақсыз CH2=PMe түрін жасайды.
Thermolysis of Me2PH generates CH2=PMe, an unstable species in the condensed phase.