피로인산

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1. 개요

피로인산은 화학식 H₄P₂O₇을 갖는 무기산이다. 피로인산나트륨을 이온 교환하거나 피로인산 납을 황화 수소로 처리하여 제조할 수 있으며, 인산과 염화포스포릴의 반응으로도 얻을 수 있다. 피로인산은 용융 시 인산, 피로인산 및 폴리인산의 평형 혼합물을 형성하며, 수용액에서는 가수분해되어 인산으로 변환된다. 또한, 뉴클레오사이드 삼인산에서 고에너지 인산 결합을 형성하며, DNA 합성 시 부산물로 생성된다. 1827년 클라크에 의해 처음 발견되었다.

피로인산

화학 구조

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피로인산의 화학 구조

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피로인산의 3D 모델

명명법

IUPAC 이름	다이인산
다른 이름	피로인산 포스포노인산 포스포노 다이수소인산

식별 정보

IUPHAR 리간드	3151
CAS 등록번호	2466-09-3
ChEBI	29888
ChEMBL	1160571
ChemSpider ID	996
DrugBank	DB04160
EC 번호	219-574-0
Gmelin	82619
KEGG	C00013
PubChem	1023
UNII	4E862E7GRQ
InChI	1/H4O7P2/c1-8(2,3)7-9(4,5)6/h(H2,1,2,3)(H2,4,5,6)
InChIKey	XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYAX
표준 InChI	1S/H4O7P2/c1-8(2,3)7-9(4,5)6/h(H2,1,2,3)(H2,4,5,6)
표준 InChIKey	XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-N
SMILES	O=P(O)(O)OP(=O)(O)O

성질

화학식	H₄P₂O₇
몰 질량	177.97 g/mol
녹는점	71.5 °C
용해도	매우 잘 용해됨
기타 용해도	알코올에 매우 잘 용해됨 에터에 매우 잘 용해됨
짝염기	피로인산염

위험성

GHS 그림 문자
GHS 신호어	위험

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1. 개요
2. 제조
3. 반응
4. 생화학적 의의
- 4.1. 고에너지 인산 결합
- 4.2. DNA 합성
5. 안정성
6. 역사

2. 제조

피로인산은 피로인산 나트륨을 이온 교환하거나 피로인산 납을 황화 수소로 처리하여 제조할 수 있다. 인산의 탈수로는 피로인산을 직접 제조할 수 없으며, 인산과 염화포스포릴의 반응 등 다른 반응의 생성물 중 하나로 만들어진다.

2.1. 이온 교환

피로인산은 피로인산 나트륨을 이온 교환하거나 피로인산 납을 황화 수소로 처리하여 제조할 수 있다. 인산과 염화포스포릴의 반응으로도 제조할 수 있다.

오르토인산에서 물을 끓여서는 순수한 피로인산을 얻을 수 없고, 오르토인산, 피로인산 및 폴리인산의 혼합물이 생성된다. 피로인산의 최대 농도는 50% 미만이다.

2.2. 황화 수소 처리

피로인산은 피로인산 나트륨을 이온 교환하거나 피로인산 납을 황화 수소로 처리하여 제조할 수 있다. 피로인산은 인산의 탈수에 의해 제조되지 않으며, 생성물 중 하나로만 생산된다.

2.3. 인산과 염화포스포릴 반응

인산과 염화포스포릴의 반응으로 피로인산을 제조할 수 있다.

: 5 H₃PO₄ + POCl₃ → 3 H₄P₂O₇ + 3 HCl

피로인산 나트륨으로부터 이온 교환 또는 피로인산 납을 황화 수소로 처리하여 제조할 수도 있다.

2.4. 인산 탈수 반응 (주의)

피로인산은 인산의 탈수에 의해 직접 제조되지는 않는다. 대신 피로인산은 여러 반응의 생성물 중 하나로 생성된다.

인산과 염화포스포릴(phosphoryl chloride)의 반응으로 피로인산을 제조할 수 있다.

::

피로인산나트륨으로부터 이온 교환 또는 피로인산납을 황화 수소로 처리하여 제조할 수도 있다.

오르토인산에서 물을 끓여도 순수한 피로인산으로 탈수되지 않고, 오르토인산, 피로인산 및 폴리인산의 혼합물이 생성된다. 피로인산의 최대 농도는 50% 미만이며, 순수한 피로인산이 될 시점보다 약간 전에 발생한다.

3. 반응

피로인산은 다양한 화학 반응에 참여한다. 주요 반응으로는 산-염기 반응, 가수분해 반응, 평형 혼합물 형성이 있다.

피로인산은 중간 정도의 강한 무기산으로, 네 개의 pKa 값을 가지는 사양성자산이다. 물에 녹으면 인산으로 가수분해된다. 또한, 용융되면 인산, 피로인산, 폴리인산의 평형 혼합물을 빠르게 형성한다.

3.1. 산-염기 반응

용융되면 피로인산은 인산, 피로인산 및 폴리인산의 평형 혼합물을 빠르게 형성한다. 피로인산의 중량 %는 약 40%이며 용융물로부터 재결정화하기는 어렵다. 수용액에서 피로인산은 모든 폴리인산과 마찬가지로 가수분해되고, 결국 인산, 피로인산 및 폴리인산 간에 평형이 형성된다.

: H₄P₂O₇ + H₂O 2H₃PO₄

피로인산은 중간 정도의 강한 무기산이다. 피로인산은 네 개의 pKa 값을 가지는 사양성자산이다.

👆

좌우로 밀어서 보기

반응식	pKa
	0.85
	1.96
	6.60
	9.41

pKa 값은 별개의 인산기에서 탈양성자가 일어나기 때문에 두 개의 서로 다른 범위에 나타난다. 인산의 pKa 값(2.14, 7.20, 12.37)과 비교해 보면 알 수 있다.

생리적 pH에서는 피로인산이 이중 및 단일 양성자화 형태의 혼합물로 존재한다.

피로인산은 용융될 때 인산, 피로인산 및 다인산의 평형 혼합물로 빠르게 전환된다. 피로인산의 중량 백분율은 약 40%이며 용융물에서 재결정화하기 어렵다.

차가운 물에서도 피로인산은 인산으로 가수분해된다. 모든 다인산은 유사하게 작용한다.

:

3.2. 가수분해 반응

용융되면 피로인산은 인산, 피로인산 및 폴리인산의 평형 혼합물을 빠르게 형성한다. 피로인산의 중량 %는 약 40%이며 용융물로부터 재결정화하기는 어렵다. 수용액에서 피로인산은 모든 폴리인산과 마찬가지로 가수분해되고, 결국 인산, 피로인산 및 폴리인산 간에 평형이 형성된다.

: H₄P₂O₇ + H₂O 2H₃PO₄

차가운 물에서도 피로인산은 인산으로 가수분해된다. 모든 다인산은 유사하게 작용한다.

뉴클레오사이드삼인산에서 두 인산 사이의 결합은 고에너지 인산결합이라고 하며, 높은 결합 에너지를 갖는다. 이 가수분해 반응에서 발생하는 에너지를 이용하여 액포막을 통한 프로톤 수송이나, 해당 과정에서 프럭토스-6-인산의 인산화가 일어난다.

DNA 합성 시 부산물로 생성되지만, 이 이인산은 즉시 가수분해되기 때문에, 합성 중 역반응(분해)이 일어나지 않도록 되어 있다.

3.3. 평형 혼합물 형성

4. 생화학적 의의

뉴클레오사이드삼인산에서 두 인산 사이의 결합은 고에너지 인산결합이라고 하며, 높은 결합 에너지를 갖는다. 이 가수분해 반응에서 발생하는 에너지를 이용하여 액포막을 통한 프로톤 수송이나, 해당 과정에서 프럭토스-6-인산의 인산화가 일어난다.

DNA 합성 시 부산물로 피로인산이 생성되지만, 이 피로인산은 즉시 가수분해되기 때문에 합성 중 역반응(분해)이 일어나지 않도록 되어 있다.

4.1. 고에너지 인산 결합

뉴클레오사이드삼인산에서 두 인산 사이의 결합은 고에너지 인산결합이라고 하며, 높은 결합 에너지를 갖는다. 이 가수분해 반응에서 발생하는 에너지를 이용하여 액포막을 통한 프로톤 수송이나, 해당 과정에서 프럭토스-6-인산의 인산화가 일어난다.

DNA 합성 시 부산물로 생성되지만, 이 이인산은 즉시 가수분해되기 때문에, 합성 중 역반응(분해)이 일어나지 않도록 되어 있다.

4.2. DNA 합성

DNA 합성 시 부산물로 피로인산이 생성되지만, 이 피로인산은 즉시 가수분해되기 때문에 합성 중 역반응(분해)이 일어나지 않도록 되어 있다.

5. 안정성

피로인산은 부식성은 있지만, 다른 독성은 없는 것으로 알려져 있다.

6. 역사

1827년 글래스고의 클라크(Mr. Clarke of Glasgow)는 인산 나트륨 염을 적색 열로 가열한 후 피로인산을 발견하고 피로인산이라는 이름을 붙였다. 인산을 적열로 가열하면 피로인산이 생성되고, 이는 뜨거운 물에 의해 쉽게 인산으로 전환되는 것으로 밝혀졌다.