Фосфорорганические соединения

Фосфорорганические соединения

Фосфорорганические соединения — вещества, в молекулах которых имеется фосфор-углеродная связь, т. е. атом фосфора, непосредственно связанный с атомом углерода (в отличие от других содержащих фосфор и углерод веществ, например фосфатов, где связь между С и Р осуществляется через кислород). К фосфорорганическим соединениям относятся производные фосфористого водорода (РH₃) — фосфины. Первичные и вторичные фосфины химически неустойчивы, способны самовоспламеняться. Фосфины — сильные яды. Сильная токсичность и исключительно высокая биологическая активность фосфорорганических соединений послужили основой применения их в качестве отравляющих веществ (см. Химическое оружие).
Фосфорорганические соединения в малых концентрациях способны подавлять активность холинэстеразы и других ферментных систем в организме животных, что дает возможность применения фосфорорганических соединений как лекарственных препаратов при лечении таких тяжелых заболеваний, как глаукома, злокачественные новообразования и др. Обнаружено также мутагенное действие фосфорорганических соединений, открывающее большие перспективы при изучении вопросов наследственности. Фосфорорганические соединения как ядохимикаты — см. Дезинсицирующие средства, Ядохимикаты сельскохозяйственные.

Фосфорорганические соединения — бутифос, карбофос, метафос, метил-нитрофос, октаметил, препарат М-81 и М-82, тиофос, хлорофос, фосфамид — высокотоксичны для человека. Клинические признаки отравления различными фосфорорганическими соединениями (ФОС) сходны, однако быстрота возникновения, выраженность патологических проявлений зависят от степени токсичности различных ядохимикатов этой группы, а также от пути поступления в организм.
Основную роль в механизме действия фосфорорганических соединений играет угнетение активности фермента холинэстеразы, участвующей в разрушении химического медиатора (проводника) нервного возбуждения — ацетилхолина. Накопление последнего приводит к изменениям деятельности нервной системы и внутренних органов.
Острые отравления. Скрытый период действия — от нескольких минут до нескольких часов. Первыми признаками отравления являются головные боли, головокружения, общая слабость, сонливость, сменяющаяся бессонницей, тошнота,рвота, схваткообразные боли в животе, повышение слюно- и потоотделения, сужение зрачков (миоз), неясность зрения, нистагм, снижение сухожильных рефлексов. В дальнейшем присоединяются нарушения дыхания (кашель, одышка, астмоидные приступы, при выслушивании обильные сухие и влажные хрипы), подергивания в мышцах, неустойчивая походка, возможно увеличение и болезненность печени, лейкоцитоз, лимфопения, эозинопения, нейтрофильный сдвиг влево. При тяжелых острых отравлениях наступает потеря сознания, судороги мышц всего тела, значительно выражены расстройства дыхания, напоминающие отек легких (клокочущее дыхание, обильные влажные хрипы, цианоз губ), коматозное состояние.
Хронические отравления. Развивается токсическая неврастения (головные боли, головокружения, нарушения сна, утомляемость, раздражительность, снижение памяти) в сочетании с вегетативными нарушениями (повышение потоотделения, яркий дермографизм, артериальная гипотония, брадикардия), диспептические явления (тошнота, снижение аппетита). В дальнейшем могут присоединиться изменения психики, депрессия, снижение интеллекта, микросимптомы органического поражения ЦНС Ранним признаком токсического действия фосфорорганических соединений является понижение активности холинэстеразы в сыворотке крови.
Первая помощь и лечение. При острых отравлениях — удалить пострадавшего из отравленной зоны на свежий воздух для прекращения поступления яда в организм через дыхательные пути. Снять загрязненную одежду. Удалить яд с кожных покровов 10—15% раствором аммиака или 2—5% раствором гидрокарбоната натрия (сода) с последующей обработкой теплой водой с мылом. При попадании ФОС в глаза — промыть 2% раствором гидрокарбоната натрия. При попадании в желудок произвести обильное промывание теплой водой или 2% раствором гидрокарбоната натрия, после чего дать солевое слабительное. При появлении первых признаков интоксикации проводится антидотная терапия 0,1% раствором атропина: при легкой степени интоксикации — 1 —2 мл внутримышечно, средней степени — 2—4 мл внутримышечно или внутривенно, тяжелой степени — 4 — 6 мл внутримышечно или внутривенно, повторяя через каждые 3—8 мин. до появления легких признаков атропинизации (расширение зрачков, сухость слизистых оболочек). При тяжелых острых отравлениях введение атропина может быть доведено до 30 мл и более. В качестве средств антидотной терапии могут быть использованы пентафен, тропацин, амизил, реактиваторы (восстановители активности) холинэстеразы: 2-ПАМ, ТМБ-4, дипироксим.
Помимо антидотной терапии, проводится симптоматическое лечение: при судорогах — гексенал, барбитал-натрий (мединал), при затруднении дыхания — искусственное дыхание, кислород, сердечные средства (коразол, кордиамин, мезатон), глюкоза, для профилактики пневмонии — антибиотики, сульфаниламиды. При отравлении авенином и метилацетофосом, не угнетающими активность холинэстеразы, антидотная терапия не проводится, назначаются симптоматические средства.
При хронической интоксикации — общеукрепляющее и симптоматическое лечение.

ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, содержат в молекулах атом P, связанный с орг. радикалами непосредственно или через гетероатом (О, S, N и др.). Первые фосфорорганические соединения (смесь метилфосфинов) получены в 1846 Л. Тенаром и И. Берцелиусом при метилировании фосфида Ca. Классификация. Фосфорорганические соединения можно классифицировать по кол-ву заместителей у атома P (координационному числу), к-рых м. б. от 1 до 6. Примеры соед. с разл. координационным числом атома P приведены в табл. 1. Табл.1.- ПРИМЕРЫ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С РАЗЛИЧНЫМИ КООРДИНАЦИОННЫМИ ЧИСЛАМИ АТОМА P Координационное число Соединение 1 (CH3)3CCP 2 [(СНз)2]N]2С = РН 3 P(OCНз)3; 4 (C4H9)3PO; 5 C6H5(CH3)2P(OC2H5)2 6 По др. классификации, охватывающей наиб. распространенные фосфорорганические соединения, выделяют фосфорсодержащие к-ты (см. также Фосфора кислоты)и их производные (табл. 2), а также фосфины и родств. соединения. Табл.2.- НАЗВАНИЕ НЕКОТОРЫХ КИСЛОТ ФОСФОРА, ИХ ЭФИРОВ И СОЛЕЙ Формула Кислоты Эфиры и соли Производные пятивалентного P (HO)3PO Ортофосфорная к-та (фосфорная к-та) Фосфаты RP(O)(OH)2 Фосфоновые к-ты Фосфонаты R2P(O)OH Фосфиновые к-ты Фосфинаты Производные трехвалентного P HP(OH)2* Гипофосфористая к-та (фосфорноватистая к-та) Гипофосфиты P(OH)3 Фосфористая к-та Фосфиты RP(OH)2* Фосфонистые к-ты Фосфониты R2POH* Фосфинистые к-ты Фосфиниты * Используются ф-лы таутомерных форм к-т с трехвалентным атомом P. К фосфорорганическим соединениям второго типа относятся первичные RPH2, вторичные R2PH и третичные R3P фосфины, а также окисленные формы последних: фосфиноксиды R3PO, фосфинсульфиды R3PS (см. Фосфиноксиды и фосфинсульфиды), фосфинселениды R3PSe, фосфазосоединения R3P = NR и фосфинал-килены R3P = CR2. Ко второму типу принадлежат также фосфониевые соединения и фосфораны R5P. Известны также полифосфины и их производные [напр., дифосфины R2P — PR2, цик- лопентафосфины (ф-ла I)] и металлокомплексы [напр., (RO)3P· CuBr, (R3P)3RhCl, R3PO· SnR4]. Во всех приведенных ф-лах радикалы R м. б. одинаковыми или различными. Распространение в природе. Разнообразные фосфорорганические соединения содержатся в живых организмах, где выполняют ответственные биол. ф-ции. К ним, напр., относятся нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, фосфаты моносахари-дов (напр., глюкозо-1- и глюко-зо-6-фосфаты), нуклеозидмоноцик-лофосфаты (напр., аденозинмоно-фосфат циклический), разл. типы фосфолипидов и др. К прир. фосфорорганическим соединениям также относят производные фосфоновых к-т - антибиотик фосфомицетин (II), фосфорные аналоги и b-аминокарбоновых кислот и пептиды на их основе. Физические свойства. Фосфорорганические соединения могут быть газами, жидкостями или твердыми в-вами. Для идентификации и изучения их св-в используют все осн. физ.-хим. методы, но в первую очередь -спектроскопию ЯMP31P. Величины хим. сдвигов определяются гл. обр. электроотрицательностями атомов, связанных с атомом P, и степенью обратного p-дативного взаимод. с ним. Сигналы ЯМР31Р располагаются в очень широкой области значений (неск. сотен м. д.) и проявляют при этом выраженную специфичность (рис.). Химические свойства. 1. Таутомерия. Для гидрофос-форильных соединений и тиогидрофосфорильных соед. известен такой вид прототропии: Как правило, равновесие сдвинуто в сторону формы А, однако при наличии сильных электроноакцепторных заместителей X и Y [напр., (CF3)2POH] - в сторону Б. Циклич. средние фосфиты и амидофосфиты с протонодо-норной группой в боковой цепи могут частично или полностью превращаться в гидроспирофосфорановые формы: Тиокислоты фосфора характеризуются особым видом прототропии: Увеличение электроноакцепторных св-в заместителей X и Y приводит к накоплению формы Б. В химии фосфорорганических соединений известны и фосфотропные процессы, напр.: Если радикалы R и R' одинаковые, то процесс является вырожденным. Особый вид таутомерии (псевдовращение)характерен для фосфоранов, к-рые способны обменивать у атома P заместители, занимающие аксиальные и экваториальные положения: Принцип псевдовращения широко используют для объяснения механизмов реакций фосфорорганических соединений. Области хим. сдвигов 31P фосфорорг. соед. относительно 85%-ной H3PO4; производные двухкоординационного P характеризуются хим. сдвигами в очень сильных полях (до 450 мд.). 2. Диспропорционирование. Производные пяти-и особенно трехвалентного P, в молекулах к-рых атомы P связаны с разл. электроноакцепторными группами, склонны к межмол. обмену этими группами, напр.: Диспропорционирование обычно катализируется к-тами. Наличие циклич. фрагментов в молекуле препятствует диспро-порционированию. 3. Фосфорилирование. С помощью фосфорорганических соединений, в молекулах к-рых атом P связан с электроноакцепторной (уходящей) группой, можно вводить фосфорный остаток в состав нукле-офилов (осуществлять (расформирование). В качестве уходящих групп обычно выступают галогениды, алкокси-, тиоал-коксигруппы и др., напр.: К-ты также используют в качестве фосфорилирующих ср-в, однако, как правило, после предварит, активации, т. е. после превращения кислотного гидроксила в легкоуходящую группу, напр.: Производные к-т с трехвалентным атомом P проявляют более высокую фосфорилирующую активность, чем производные к-т с пятивалентным атомом P. 4. Важнейшие р-ции производных трехвалентного P. Эти соед. легко окисляются, присоединяют атомы S, Se, Те, Hal, иминируются, алкилируются: Если X = OAlk, SAlk, то первичный продукт взаимод. PX3 с RHal далее распадается с образованием фосфорильного (тиофосфорильного) соед. (Арбузова реакция): При взаимод. средних фосфитов с a-галогенкарбонильны-ми соед. может происходить как р-ция Арбузова, так и иной процесс, приводящий к фосфовиниловым эфирам (Перкова реакция): Многие производные трехвалентного P присоединяются к сопряженным диенам и другим -сопряженным системам; образующиеся продукты могут выделяться как целевые в-ва либо без выделения вступать в дальнейшие превращения, напр.: Соед. с трехвалентным атомом P легко образуют комплексы с производными переходных металлов, напр.: 5. Важнейшие р-ции производных пятивалентного P. Кислород фосфорильной группы в таких фосфорорганических соединениях заменяется на серу под действием P2S5. В молекулах третичных фосфиноксидов он элиминируется при восстановлении трихлорсиланом: Сложные эфиры тионовых к-т при действии алкилгалоге-нидов или при нагр. претерпевают muoн-тиольную перегруппировку: В большинстве фосфорильных соед. со связью С — P -ме-тиленовые протоны фосфорильной группы подвижны, что приводит к их депротонированию при действии сильных оснований. Образующиеся карбанионы при взаимод. с альдегидами и кетонами образуют олефины (Корнера реакция): Подобная р-ция происходит под действием фосфиналкиле-нов (Виттига реакция): -Гидроксифосфонаты при нагр. в присут. оснований могут превращаться в фосфаты (фосфонатфосфатная перегруппировка): Фосфорильные соед. образуют комплексы с разл. переходными и непереходными металлами с участием кислорода фосфорильной группы. Устойчивость комплексов обычно сильно возрастает при хелатировании металла. Получение фосфорорганических соединений. Общий путь синтеза фосфорорганических соединений включает три последоват. стадии: 1) получение элементарного фосфора из минер. сырья; 2) превращение фосфора в неорг. производные (P4O10, PCl3, PCl5, POCl3); 3) получение фосфорорганических соединений взаимод. этих производных со спиртами, аминами, альдегидами, олефинами и др. Возможно также превращение фосфора в фосфорорганические соединения, минуя неорг. производные (напр., путем взаимод. элементарного P с алкилгалогенидами или спиртами). Среди многочисленных способов синтеза конкретных фосфорорганических соединений (они приведены в статьях о группах соед.) выделяют методы, позволяющие получать соед. со связью С — P. Эти методы приведены ниже. Фосфины и гидрофосфорильные (тиогидрофосфорильные) соед. в условиях гомолитич. р-ций легко присоединяются к олефинам с образованием связи C-P: Эти же соед. в условиях гетеролитич. р-ций присоединяются по связям C = O, C = N, C = S, C = C с образованием разнообразных функционализир. фосфорорганических соединений: При алкилировании и арилировании средних эфиров к-т трехвалентного P образуется новая связь C-P (р-ция Арбузова). Аналогично осуществляется р-ция с использованием металлич. солей гидрофосфорильных соед. (Михаэлиса - Бек-кера реакция): Этот синтез целесообразно проводить в условиях межфазного катализа. Галогенангидриды орг. к-т фосфора образуются при присоединении PCl5 и родственных в-в к непредельным соед.: Эта р-ция хорошо идет в случае использования виниловых эфиров. При взаимод. алканов или алкенов с PCl3 и кислородом образуются сложные смеси в-в, осн. компонентами к-рых являются дихлорангидриды фосфоновых к-т (см. также Окисли-лительное хлорфосфонирование): Ароматич. соед. легко фосфорилируются PCl3, P2S5 и др. электрофилами в условиях р-ции Фриделя - Крафтса: Алкилгалогениды в присуг. к-т Льюиса алкилируют PCl3 с образованием связи C-P (Клея - Киннера - Перрена реакция): При нагр. белого или красного P с арил- или алкилгалогенидами образуется смесь хлорфосфинов. Вариант этой р-ции, представляющий практич. значение,- алкилирование P в присут. иода. Связь C-P образуется также при взаимод. галогенангид-ридов к-т фосфора с металлоорг. соед.; при этом один или неск. атомов галогена обмениваются на углеводородные радикалы: В нек-рых случаях в эти р-ции нуклеоф. замещения по атому P вступают и эфиры к-т фосфора. Применение. Фосфорорганические соединения широко используют в технике, с. х-ве и медицине. Многие из них в качестве комплексонов и экстрагентов применяются при получении цветных и редких металлов; для борьбы с коррозией и отложением солей в техн. водах; в качестве стабилизаторов и пластификаторов полимеров; в качестве мономеров для ионообменных и термостабильных полимеров, присадок для смазочных масел и гидравлич. жидкостей. Многие фосфорорганические соединения- лек. ср-ва, пестициды, фпотореагенты, ПАВ; нек-рые фосфаты и фосфины, в т.ч. обладающие оптич. активностью, применяют для получения металлокомплексных катализаторов. Среди фосфорорганических соединений имеются отравляющие вещества. См. также Фосфорсодержащие гете-роциклы. Лит.: Кабачник М.И., Фосфорорганические вещества, M., 1967; Ни-фантьев Э.Е., Химия фосфорорганических соединений, M., 1971; Пурдела Д., Вылчану Р., Химия органических соединений фосфора, пер. с рум., M., 1972; Арбузов А.Е., Избранные труды по химии фосфорорганических соединений, M., 1976; Корбридж Д., Фосфор. Основы химии, биохимии, технологии, пер.с англ., M., 1982; Нифантьев Э.Е., Kухарева Т.С., Обзор монографий и обзоров по химии фосфорорганических соединений, M., 1989; S a s s е К., в кн.: Houben-Weyl, Methoden der organischen Cheniie, 4 Aufl., Bd 12/1, Bd 12/2, Stuttg., 1963-64; Organic phosphorus compounds, eds, G.M. Kosolapoff, L. Maier, v. 1-7, N.Y.- [a.o.], 1972-76; Dictionary of organo-phosphorus compounds, ed. R.S. Edmundson, L., 1988. Э.Е. Нифантьев

Источник: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4875.html

Дата добавления: 2015-09-30