Peroxomonophosphorsäure ist eine Oxosäure des Phosphors. Ihre Salze heißen Peroxomonophosphate. Sie ist neben der Peroxodiphosphorsäure eine der beiden bekannten Peroxophosphorsäuren.
Geschichte Die beiden Peroxophosphorsäuren wurden 1910 erstmals von J. Schmidlin und P. Massini hergestellt und beschrieben.J. Schmidlin, P. Massini: Phosphormonopersäure und Überphosphorsäure. In: Chem. Ber. 43, 1910, S. 1162–1171, doi:10.1002/cber.191004301195. Die Reaktion zwischen Phosphorpentoxid und hochkonzentriertem Wasserstoffperoxid verläuft allerdings sehr heftig und ist schwer kontrollierbar. Neben der Verwendung von Phosphorpentoxid sind auch Herstellungen aus Metaphosphorsäure und Diphosphorsäure erwähnt.
H4P4O12 + 4 H2O2 -> 4 H3PO5 H4P2O7 + H2O2 -> H3PO5 + H3PO4
Eine Methode der Herstellung aus Phosphorpentoxid in inerten Lösungsmitteln wie Diethylether, Isoamylalkohol und Acetonitril wurde 1937 von G. Toennies beschrieben, wobei sich nur die Variante in Acetonitril als geeignet erwies.G. Toennies: A New Method for the Preparation of Permonophosphoric Acid. In: J. Am. Chem. Soc. 59, 1937, S. 555–557.
Gewinnung und Darstellung Peroxomonophosphorsäure wird durch die Umsetzung von Phosphorpentoxid mit hochkonzentriertem Wasserstoffperoxid in einem inerten Lösungsmittel wie Acetonitril oder Tetrachlormethan hergestellt.T. Zhu, H. Chang, J. F. Kadla: A new method for the preparation of peroxymonophosphoric acid. In: Can. J. Chem. 81, 2003, S. 156–160, doi:10.1139/v03-010.
P4O10 + 4 H2O2 + 2 H2O -> 4 H3PO5
Im Gemisch mit Peroxodiphosphorsäure entsteht sie auch bei der Behandlung von Phosphorsäure mit Fluor. Die Verbindung ist nicht kommerziell verfügbar und muss vor der Anwendung hergestellt werden.
Eigenschaften mini|90px Peroxomonophosphorsäure ist eine farblose, viskose Flüssigkeit. Es erfolgt eine Stabilisierung über eine intramolekulare Wasserstoffbrückenbildung. Die Verbindung stellt eine dreibasige Säure dar. Die drei Säurekonstanten betragen pKS1 = 1,1, pKS2 = 5,5 und pKS3 = 12,8.C. J. Battaglia, J. O. Edwards: The Dissociation Constants and the Kinetics of Hydrolysis of Peroxymonophosphoric Acid. In: Inorg. Chem. 4, 1965, S. 552–558, doi:10.1021/ic50026a024. In wässriger Lösung erfolgt eine langsame Hydrolyse zu Wasserstoffperoxid und Phosphorsäure.
H3PO5 + H2O -> H2O2 + H3PO4
Im Überschuss von Wasser kann die Hydrolyse als Reaktion pseudoerster Ordnung betrachtet werden. Die Halbwertszeiten der Zersetzung sind abhängig vom pH-Wert und der Temperatur. Sie betragen etwa 31 Stunden bei 35 °C bzw. 2,5 Stunden bei 61 °C. Die Lösung in Acetonitril zersetzt sich ebenfalls langsam. Bei einer Lagerung bei 5 °C erfolgt in 26 Tagen ein 30%iger Abbau. Durch Neutralisation mit Basen wie Kaliumhydroxid können relativ stabile Salze wie das hygroskopische Kaliumdihydrogenperoxomonophosphat KH2PO5 erhalten werden.
Verwendung In der organischen Synthese wird die Peroxomonophosphorsäure als elektrophiles Reagenz für Oxidationsreaktionen an Alkenen, Alkinen, Aromaten und Aminen verwendet. Die Herstellung relativ säurestabiler Epoxide kann aus Alkenen erfolgen. So ergibt die Umsetzung mit trans-Stilben das trans-Stilbenoxid. Die Epoxidierung funktioniert nicht mit Alkenen wie Cyclohexen, Styrol oder α-Methylstyrol. Die resultierenden Epoxide werden wegen der Säurestärke der Peroxomonophosphorsäure bzw. der entstehenden Phosphorsäure sofort gespalten. Die Umsetzung mit Styrol ergibt die Phenylessigsäure bzw. mit α-Methylstyrol 2-Phenylpropionsäure.Y. Ogata, K. Tomizawa, T. Ikeda: Oxidation of trans-stilbene with peroxymonophosphoric acid. In: J. Org. Chem. 44, 1979, S. 2362–2364, doi:10.1021/jo01328a006.
rahmenlos|hochkant=2.0|zentriert
Die Oxidation von Diphenylethin führt bei Raumtemperatur zum Benzil. Hierbei werden Oxirenstrukturen als Intermediate diskutiert.Y. Ogata, Y. Sawaki, T. Ohno: Mechanism for oxidation of phenylacetylenes with peroxymonophosphoric acid. Oxirene as an intermediate inconvertible to ketocarbene. In: J. Am. Chem. Soc. 104, 1982, S. 216–219, doi:10.1021/ja00365a039.
rahmenlos|hochkant=2.0|zentriert
Die Peroxomonophosphorsäure ist ein effektives Reagenz für die Hydroxylierung von Aromaten. Die Umsetzung von Mesitylen zum Mesitol kann schon bei Raumtemperatur innerhalb von 4 Stunden erreicht werden.Y. Ogata, Y. Sawaki, K. Tomizawa, T. Ohno: Aromatic hydroxylation with peroxymonophosphoric acid. In: Tetrahedron. 37, 1981, S. 1485–1486, doi:10.1016/S0040-4020(01)92087-3.
rahmenlos|hochkant=1.8|zentriert
Die Verbindung kann bei Baeyer-Villiger-Oxidationen als wirksames Oxidationsmittel eingesetzt werden. Substituierte Acetophenone können mit hoher Ausbeute bei 30 °C in die entsprechenden Phenylacetate überführt werden. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist dabei etwa 100fach höher im Vergleich zum Einsatz von Perbenzoesäure.Y. Ogata, K. Tomizawa, T. Ikeda: Kinetics of the Baeyer-Villiger reaction of acetophenones with permonophosphoric acid. In: J. Org. Chem. 43, 1978, S. 2417–2419, doi:10.1021/jo00406a025.
rahmenlos|hochkant=2.1|zentriert
Amine wie das N,N-Dimethylanilin werden zu den entsprechenden N-Oxiden oxidiert.Y. Ogata, Y. Sawaki, T. Morikawa: Kinetics of the peroxymonophosphoric acid oxidation of aromatic amines. In: J. Org. Chem. 44, 1979, S. 352–355, doi:10.1021/jo01317a009.
Einzelnachweise
Kategorie:Anorganische Säure Kategorie:Phosphorsäureverbindung Kategorie:Persäure