Монофторфосфат натрия , обычно сокращенно SMFP , является неорганическим соединением с химической формулой Na2PO3F . Типичный для соли , SMFP не имеет запаха, цвета и растворим в воде. Эта соль является ингредиентом некоторых зубных паст . [2]
SMFP наиболее известен как ингредиент некоторых зубных паст . [3] Он действует как источник фторида посредством следующей реакции гидролиза : [2]
Фтор защищает зубную эмаль от воздействия бактерий, вызывающих кариес (полости). Хотя он был разработан химиком из Procter and Gamble , его использование в зубной пасте ( зубная паста Colgate и Ultra Brite ) было запатентовано Colgate-Palmolive , поскольку Procter and Gamble занималась маркетингом зубной пасты Crest (содержащей фторид олова , продаваемой как «Fluoristan»). В начале 1980-х годов Crest был переработан для использования SMFP под торговой маркой «Fluoristat»; сегодня в зубных пастах Crest используется фторид натрия или фторид олова . По сравнению с прямыми фторидами, монофторфосфат натрия имеет немного меньше послевкусия.
SMFP также используется в некоторых препаратах для лечения остеопороза . [2]
В 1991 году компания Calgon обнаружила, что монофторфосфат натрия ингибирует растворение свинца в питьевой воде при использовании в концентрациях от 0,1 мг/л до 500 мг/л. [4]
Кариес зубов вызывается бактериями, которые естественным образом присутствуют во рту. Эти бактерии образуют липкую, бесцветную мягкую пленку на зубах, называемую зубным налетом . Когда съедаются продукты, содержащие углеводы ( крахмалы и сахара ), бактерии, которые образуют зубной налет, используют сахар в качестве формы энергии. Они также превращают его в клееподобное вещество, которое помогает им прилипать к поверхности зуба. Зубной налет вырабатывает кислоту , которая атакует эмаль . [5]
Зубная эмаль в основном состоит из гидроксифосфата кальция, Ca 5 (PO 4 ) 3 OH, также известного как минерал гидроксиапатит . Апатит — это твердое, нерастворимое соединение. Кислота (H + ), вырабатываемая особенно после приема пищи с высоким содержанием сахара, воздействует на апатит:
Деградация апатита из-за потери ОН − приводит к растворению эмали. Процесс обратим, так как слюна возвращает ОН − для восстановления апатита. Если в слюне присутствуют ионы фтора, F − , также образуется фторапатит , Ca 5 (PO 4 ) 3 F.
Фторапатит лучше противостоит воздействию кислот, чем сам апатит, поэтому зубная эмаль лучше противостоит кариесу, чем эмаль, не содержащая фторида. [6]
Монофторфосфат натрия производится в промышленности путем реакции фторида натрия с метафосфатом натрия : [2]
Процесс включает разрыв пирофосфатной связи, аналогично гидролизу. SMFP также может быть получен путем обработки тетранатрийпирофосфата или динатрийфосфата фтористым водородом. [2]
В лаборатории SMFP можно получить путем гидролиза ионов дифторфосфата разбавленным гидроксидом натрия :
Структура фторфосфатного аниона состоит из фосфора в центре тетраэдра, определяемого тремя атомами кислорода и одним фтором . Формальные представления изображают двойную связь между одним атомом кислорода и фосфором, с одинарными связями для двух других атомов кислорода и фтора. В этом очень формальном изображении отрицательный заряд локализован на атомах O одинарных связей PO. SMFP подобен и изоэлектронен с Na 2 SO 4 . Анион имеет симметрию C 3v .
Монофторфосфат натрия был впервые описан в 1929 году немецким химиком Вилли Ланге, который тогда работал в Берлинском университете. Его безуспешные попытки получить свободную монофторфосфорную кислоту привели его к проверке стабильности ее эфиров. Вместе с Гердой фон Крюгер, одной из его учениц, Ланге таким образом синтезировал диэтилфторфосфат и некоторые аналоги, которые оказались весьма токсичными, будучи связанными с нервно-паралитическими веществами . В 1930-х годах Герхард Шрадер , работавший в немецкой компании IG Farben , пытался разработать синтетический инсектицид . Его работа была сосредоточена на эфирах фосфорной кислоты и привела к случайному открытию некоторых других нервно-паралитических веществ, таких как DFP ( диизопропилфторфосфат ), табун , зоман и зарин . Тем временем Ланге, который был женат на еврейке, эмигрировал из Германии в Соединенные Штаты и начал работать в компании Procter and Gamble . В 1947 году он и Ральф Ливингстон из компании Monsanto опубликовали препарат свободных фторфосфорных кислот и упомянули об использовании некоторых токсичных эфиров монофторфосфорной кислоты (например, DFP) при лечении глаукомы и миастении . Хорошо известная токсичность этих эфиров привела к опасениям, что простые соли также могут быть токсичными, и такие опасения исключали любое крупномасштабное коммерческое использование солей. В 1950 году при спонсорской поддержке производителя соединений, Ozark Chemical Company, токсичность монофторфосфата натрия была изучена Гарольдом Ходжем в Университете Рочестера, который включил в себя тестирование на противокариесность. В 1967 году компания Colgate-Palmolive подала несколько патентов на использование монофторфосфата натрия в зубной пасте. [4]
Обычное содержание SMFP в зубной пасте составляет 0,76%. Соединение используется вместо фторида натрия, особенно в детских зубных пастах, поскольку оно менее токсично, хотя оба имеют умеренную токсичность. LD 50 у крыс составляет 0,9 г/кг. [7]