I fosfonati o acidi fosfonici sono composti organici contenenti il gruppo C-PO(OH)2 o C-PO(OR)2, dove R può essere un gruppo alchile o arile. I bifosfonati furono i primi composti di questa classe ad essere sintetizzati nel 1897 da Baeyer e Hoffman, per le loro importanti qualità farmacologiche. Dalla seconda metà del ventesimo secolo, i fosfonati furono impiegati come importanti agenti chelanti: essi formano un legame molto forte con atomi metallici, eliminandone le proprietà catalitiche e trovando applicazione ad esempio nella desalinizzazione. I fosfonati hanno un'elevatà solubilità in acqua.
Abbondanza in natura Il fosforo è un nutriente essenziale per tutti gli organismi viventi, necessario per la sintesi di acidi nucleici, fosfolipidi e numerosi altri metaboliti. Nella maggior parte degli organismi, la fonte preferita di fosforo è il fosfato inorganico (Pi). Tuttavia, poiché la maggior parte dei sali di fosfato è altamente insolubile, questo ione è raramente disponibile in concentrazioni che supportano la crescita dilagante. Pertanto, nonostante il fatto che il fosforo sia l'undicesimo elemento più abbondante nella crosta terrestre, è un nutriente limitante nella maggior parte degli ecosistemi.Elser JJ, et al. (2007). «Global analysis of nitrogen and phosphorus limitation of primary producers in freshwater, marine and terrestrial ecosystems». Ecol Lett 10 (12): 1135–1142. PMID 17922835. doi:10.1111/j.1461-0248.2007.01113.x. Di conseguenza, la natura ha sviluppato sistemi di trasporto del fosfato altamente efficienti, nonché sistemi per l'acquisizione del fosforo. essenzialmente da tutte le biomolecole note contenenti questo elemento.van Veen HW (1997). «Phosphate transport in prokaryotes: molecules, mediators and mechanisms». Antonie Van Leeuwenhoek 72 (4): 299-315. PMID 9442271. doi:10.1023/a:1000530927928. Tuttavia, studi recenti suggeriscono che anche altri composti del fosforo meno studiati possono essere importanti nella biosfera.Metcalf WW, van der Donk WA. (2009). «Biosynthesis of phosphonic and phosphinic acid natural products». Annu Rev Biochem 78: 65-94. PMID 19489722. doi:10.1146/annurev.biochem.78.091707.100215. Questi includono fosfonati e fosfinati, composti caratterizzati dalla presenza di legami carbonio-fosforo (C-P) altamente stabili al posto dei legami labili carbonio-ossigeno-fosforo presenti nelle più note biomolecole contenenti fosforo.
L'aminofosfonato naturale ciliatina (nome originale) o acido 2-amminoetilfosfonico (2-EPA), che è un analogo dell'amminoacido β-alanina e dell'aminosolfonato taurina, è stato il primo fosfonato identificato (nel 1959)HORIGUCHI M, KANDATSU M. (1959). «Isolation of 2-aminoethane phosphonic acid from rumen protozoa.». Nature 184: 901–902. doi:10.1038/184901b0. ed è stato successivamente trovato il gruppo principale di fosfonolipidi prodotto da molti altri microrganismi, animali e persino piante, dove si trova nelle membrane.K.-S. Ju • J. R. Doroghazi • W. W. Metcalf (2014). «Genomics-enabled discovery of phosphonate natural products and their biosynthetic pathways». J Ind Microbiol Biotechnol 41: 345–356. doi:10.1007/s10295-013-1375-2. I fosfonati sono abbastanza comuni tra diversi organismi, dai procarioti agli eubatteri, funghi, molluschi, insetti e altri.James S. Kittredge, Eugene Roberts (1969). «A Carbon-Phosphorus Bond in Nature». Science 164 (3875): 37-42. doi:10.1126/science.164.3875.37.
I dati indicano l'importanza più che probabile del P sotto forma di fosfonato nel ciclo biogeochimico globale del fosforo e, per estensione, il suo ruolo nella produttività marina e nella dinamica del carbonio e dell'azoto negli oceani.Juan F. Villarreal-Chiu, John P. Quinn and John W. McGrath (2012). «The genes and enzymes of phosphonate metabolism by bacteria, and their distribution in the marine environment». Front. Microbiol. 3 (19). doi:10.3389/fmicb.2012.00019. La scoperta del fatto che i fosfonati formano circa il 10% del fosforo disciolto e particolato negli oceani ha dimostrato che la disponibilità di fosforo è un determinante chiave della produttività del fitoplancton marino.Dyhrman S.T., Benitez-Nelson C.R., Orchard E.D., Haley S.T., Pellechia P.J. «A microbial source of phosphonates in oligotrophic marine systems». Nature Geoscience 2 (10): 696-699. doi:10.1038/ngeo639. Pertanto, sembrano essere una risorsa importante di questo elemento per gli organismi acquatici; tuttavia, la comprensione del suo utilizzo da parte del fitoplancton eucariotico è molto limitata. Molto probabilmente si presentano sotto forma di polisaccaridi esterificati con acido metilfosfonico e acido 2-idrossietilfosfonico. Questi composti sono stati trovati principalmente nel Nitrosopumilus maritimus, uno degli organismi più abbondanti del pianeta e residente nelle regioni ricche di ossigeno degli oceani aperti. Fino al 4% del metano sulla Terra proviene da acque ricche di ossigeno attraverso la scissione del legame carbonio-fosforo altamente non reattivo nel metilfosfonato.W. W. Metcalf et al. (2012). «Synthesis of Methylphosphonic Acid by Marine Microbes: A Source for Methane in the Aerobic Ocean». Science 337 (6098): 1104-1107. doi:10.1126/science.1219875.
Sintesi Questa classe di composti viene sintetizzata tramite la reazione di Michaelis-Arbuzov, nella quale un alogenuro alchilico viene fatto reagire con un fosfito.
Vengono inoltre impiegati nella reazione di Horner-Wadsworth-Emmons, una procedura che consente di formare alcheni con un'alta selettività cis/trans.
Note
Voci correlate Legame fosfo-estereo
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