Acido fosfotungstico

L’acido fosfotungstico (PTA) è un eteropoliacido con la formula chimica H3PW12O40 la cui struttura fu ottenuta, con la supervisione di William Lawrence Bragg e Linus Pauling, nel 1933 da James Fargher Keggin. L’acido fosfotungstico si presenta in forma idrata ed è abitualmente isolato sotto forma di H3PW12O40 · 24 H2O.

Si presenta come un solido cristallino bianco, inodore, solubile in acqua (200 g/ 100 mL) e, in generale in solventi polari. È  igroscopico che, in forma anidra, ha una massa molare di 2880.2 g/mol. A 20°C una soluzione di acido fosfotungstico contenente 20 g/L ha un pH di 1.8.

L’acido fosfotungstico e i suoi sali, a causa della loro elevata acidità e conduttività protonica, sono utilizzati nella catalisi organica e nell’elettroanalisi, come materiali di supporto per elettrocatalizzatori e come elettroliti nei sensori.  Nel mondo scientifico l’acido fosfotungstico insieme agli altri eteropoliacidi ovvero acido fosfomolibdico e all’acido silicotungstico, hanno destato particolare interesse in quanto gli acidi solidi sono efficienti e più rispettosi dell’ambiente, ricercati quali catalizzatori eterogenei e utilizzati per le sintesi industriali

Sintesi dell’acido fosfotungstico

Un metodo per la produzione di acido fosfotungstico consiste nel preparare una soluzione acquosa di tungstato di sodio che ha formula Na₂WO₄ e riscaldando la soluzione ad una temperatura di circa 70°C. Mantenendo la soluzione a questa temperatura si aggiunge lentamente acido cloridrico finché la soluzione non raggiunge un pH valore compreso tra circa 3 e circa 5 per convertire il tungstato di sodio in metatungstato di sodio Na6[H2W12O40].

Si aggiunge acido fosforico alla soluzione di metatungstato di sodio per convertire il metatungstato di sodio in fosfotungstato di sodio che ha formula Na3O40PW12. Successivamente si fa passare la soluzione a contatto con un materiale a scambio cationico per rimuovere da esso gli ioni sodio e convertire il fosfotungstato di sodio in acido fosfotungstico.

Usi

L’acido fosfotungstico viene utilizzato, oltre che come catalizzatore, in campo istologico, nell’industria dei coloranti, nell’analisi gravimetrica, nella precipitazione delle proteine e nelle membrane a scambio protonico.

Catalizzatore

L’acido fosfotungstico, supportato su carbone attivo è utilizzato quale catalizzatore in

sintesi HMF
sintesi HMF

numerose reazioni tra cui la disidratazione del fruttosio in 5-idrossimetilfurfurale che costituisce un intermedio chimico versatile per la sintesi di polimeri come il polietilene furanoato e biocarburanti.

Il 5-idrossimetilfurfurale trova applicazioni negli erbicidi, negli additivi alimentari e in campo medico.

L’acido fosfotungstico è stato utilizzato come catalizzatore efficiente e riciclabile per la sintesi di chinoline polisostituite, composti molto importanti per le loro proprietà farmacologiche. I membri di questa famiglia hanno ampie applicazioni in chimica farmaceutica, essendo usati come agenti antimalarici, antinfiammatori, antiasmatici, antibatterici, antipertensivi e inibitori della tirosina chinasi.

sintesi chinoline
sintesi chinoline

Gli acidi abitualmente utilizzati quali catalizzatori per la sintesi di chinoline polisostituite presentano limitazioni dovute all’uso di reagenti tossici e corrosivi e di solventi come tetraidrofurano, dimetilformammide e dimetilsolfossido con relative procedure complesse di isolamento e recupero.

La reazione del 2-amminobenzofenone  e dell’acetoacetato di etile  in condizioni prive di solventi a 80 °C in presenza di acido fosfotungstico per la sintesi di chinoline polisostituite ha rese eccellenti ed evita i problemi associati all’uso di solventi e acidi liquidi ed inoltre l’acido fosfotungstico, usato quale catalizzatore, è recuperato mediante semplice filtrazione e riutilizzato in cicli successivi senza diminuzione di attività.

I sali dell’acido fosfotungstico sono stati utilizzati per l’ossidazione degli alcoli in aldeidi e chetoni. Tale reazione ha un ruolo importante nella sintesi di composti organici come prodotti agrochimici, prodotti farmaceutici e coloranti nell’industria. Nel tradizionale processo di ossidazione chimica, sono solitamente utilizzati diversi ossidanti comuni come il bicromato di potassio o il permanganato di potassio. Tuttavia, questi ossidanti hanno spesso scarsa selettività, elevata tossicità e sottoprodotti nocivi che provocano un grave inquinamento ambientale.

Istologia

Una miscela di ematossilina e acido fosfotungstico è usata in campo istologico per

colorante istologico
colorante istologico

evidenziare il collagene e le fibre muscolari striate e i mitocondri poiché l’acido fosfotungstico si lega alle proteine ​​dei tessuti. Il muscolo si colora da blu-nero a marrone scuro, il tessuto connettivo da rosa-arancio chiaro a rosso brunastro, la fibrina si colora di blu intenso, le fibre elastiche appaiono viola e le ossa e la cartilagine assumono un colore da giallastro a rosso brunastro.

Precipitazione delle proteine

La determinazione delle unità di azoto proteico (NU) è uno dei metodi utilizzati per testare la concentrazione di estratti allergenici. Il test di precipitazione delle proteine ​​con un acido è un metodo utilizzato per rimuovere contaminanti o specie interferenti dai campioni proteici.

Diversi acidi, come l’acido tricloroacetico, l’acido perclorico e l’acido caprilico, sono stati studiati per la loro efficacia nella precipitazione delle proteinemostrando alcune limitazioni che sono state superate utilizzando una combinazione di acido tricloroacetico e acido fosfotungstico.

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