PHOSPHONATES

Description
En chimie organique, les phosphonates ou acides phosphoniques sont des composés organophosphorés contenant des groupes C−PO(OR)2 (où R = alkyle, aryle ou simplement hydrogène).
Les acides phosphoniques, généralement manipulés sous forme de sels, sont généralement des solides non volatils peu solubles dans les solvants organiques, mais solubles dans l'eau et les alcools courants.
De nombreux composés commercialement importants sont les phosphonates, notamment le glyphosate (la molécule active de l'herbicide Roundup) et l'éthéphon, un régulateur de croissance des plantes largement utilisé. Les bisphosphonates sont des médicaments populaires pour le traitement de l'ostéoporose.
En biochimie et en chimie médicinale, les groupes phosphonates sont utilisés comme bioisotères stables pour le phosphate, comme dans l'analogue nucléotidique antiviral, le ténofovir, l'une des pierres angulaires de la thérapie anti-VIH.
Et il y a une indication que les dérivés phosphonates sont des "ligands prometteurs pour la médecine nucléaire".
Les phosphonates (ou acides phosphoniques) sont une large famille de molécules organiques à base de phosphore (symbole chimique P), de carbone (C), d'oxygène (O) et d'hydrogène (H).
Une variété de phosphonates (y compris de nombreux aminophosphonates) se produisent naturellement et dans de nombreux types d'organismes différents.
Les fonctions métaboliques des phosphonates dans les organismes comprennent la signalisation cellulaire, le métabolisme des molécules de la membrane cellulaire et la synthèse biologique d'antibiotiques naturels.
Certaines bactéries, levures et champignons peuvent décomposer les phosphonates et les utiliser comme source de nourriture et/ou de phosphore.
Les phosphonates comprennent le groupe chimique : -CH2-PO3H2 :
Le groupe –CH2-PO3 confère des propriétés physiques et chimiques uniques aux molécules de phosphonates.

En raison de ces propriétés, les phosphonates présentent :
Haute solubilité dans l'eau
Forte adsorption sur diverses surfaces minérales
Capacité à séquestrer (chélater) les ions métalliques
Inhibition ou modification des dépôts de dureté de l'eau
Résistance à la corrosion ou à l'oxydation
Stabilité dans des conditions difficiles telles que l'acidité, l'alcalinité ou les basses/hautes températures
Compatibilité avec d'autres produits chimiques et composants dans les formulations.

Les phosphates ont traditionnellement été utilisés dans les détergents pour contrôler le tartre.
Les phosphates simples, comme le STPP (tripolyphosphate de sodium), et les phosphates complexes, comme le TSPP (pyrophosphate tétrasodique) ont été utilisés comme adjuvants dans les détergents pour améliorer les performances en chélatant les ions calcium et magnésium dans l'eau dure.
Cependant, les phosphates peuvent causer de graves dommages écologiques lorsqu'ils sont rejetés dans les cours d'eau.
Les phosphonates sont généralement capables d'offrir le même niveau de contrôle du tartre que les phosphates, mais peuvent être inclus dans des formulations à des concentrations inférieures d'un ordre de grandeur à celles des phosphates.
En tant que tel, beaucoup moins de phosphonates finit par être envoyé à l'égout après le processus de rinçage.
Dans les stations d'épuration utilisant uniquement un traitement primaire, plus de 50 % des phosphonates sont éliminés de l'eau dans les boues d'épuration, tandis que celles utilisant un traitement secondaire en éliminent 60 à 80 %.
Bien que les phosphonates utilisés dans les détergents ne soient pas facilement biodégradables, ils ne se bioaccumulent pas et ne provoquent aucune toxicité chronique ou aquatique qui annule le problème de la biodégradabilité immédiate.
Bien qu'ils ne soient pas facilement biodégradables, les phosphonates ne sont pas à l'abri de la photodégradation, de l'hydrolyse ou de la biodégradation au fil du temps.
L'anion phosphonate HPO32- est la molécule active et est dérivé du phosphonate (HPO(OR)2).
Le phosphonate est mis sur le marché sous plus d'un nom : phosphonate de potassium, phosphonate dipotassique, phosphonate monopotassique monopotassique, phosphonate disodique, ...
L'ion phosphonate (et/ou sel) est parfois appelé à tort "phosphite".

Problèmes avec le phosphate
Le principal problème de l'utilisation du phosphate est le potentiel de causer des dommages écologiques dans les rivières et les lacs par eutrophisation.
Lorsque les phosphates sont déversés dans le cours d'eau, le plus souvent à partir de détergents, d'engrais et d'eaux usées, ils provoquent une augmentation des nutriments nécessaires à la croissance des plantes.
Le phosphate agit comme une source de nourriture pour les plantes et les algues présentes dans les rivières et les ruisseaux.
Une augmentation des niveaux de phosphate peut entraîner une augmentation de la croissance, entraînant souvent des proliférations d'algues qui recouvrent la surface de l'eau, empêchant la lumière du soleil de pénétrer dans les organismes situés en dessous. Après la poussée initiale de croissance des plantes, le manque de lumière des plantes sous la surface les fait mourir.
Au fur et à mesure que les bactéries travaillent pour décomposer la matière végétale morte, elles consomment de grandes quantités d'oxygène, ce qui entraîne un grave appauvrissement en oxygène de l'eau dans la région.
L'épuisement des niveaux d'oxygène dans l'eau peut entraîner la mort généralisée de la vie animale et végétale, créant ainsi une zone morte.
À la lumière de ce problème, de nombreuses industries ont tenté de limiter l'utilisation de phosphate et les compagnies des eaux ont imposé des limites strictes aux niveaux pouvant être rejetés.
Les phosphonates sont un type de sel de la famille des acides phosphoniques.
Le phosphonate est naturellement présent et il est couramment utilisé dans de nombreuses industries en raison de sa structure chimique spéciale qui facilite son utilisation.
Ces sels sont utilisés dans les nettoyants industriels, pour former d'autres composés biologiques, des fongicides, des antirouilles, améliorer le blanchiment pour l'industrie des pâtes et papiers, sont présents dans les champs pétrolifères comme gélifiants et sont utilisés comme intermédiaires dans la production d'ADN synthétique.

Propriétés et utilisations
Les phosphonates ont trois propriétés principales : ils sont des agents chélateurs efficaces pour les ions métalliques di- et trivalents, ils inhibent la croissance cristalline et la formation de tartre et ils sont assez stables dans des conditions chimiques difficiles.
Une utilisation industrielle importante des phosphonates est dans les eaux de refroidissement, les systèmes de dessalement et dans les champs pétrolifères pour inhiber la formation de tartre.
Dans la fabrication de pâtes et papiers et dans l'industrie textile, ils sont utilisés comme stabilisants de blanchiment au peroxyde, agissant comme agents chélateurs pour les métaux qui pourraient inactiver le peroxyde.
Dans les détergents, ils sont utilisés comme une combinaison d'agent chélatant, d'inhibiteur de tartre et de stabilisant de blanchiment.
Les phosphonates sont également de plus en plus utilisés en médecine pour traiter diverses maladies du métabolisme osseux et calcique et comme vecteurs de radionucléides dans les traitements du cancer des os (voir Samarium-153-éthylène diamine tétraméthylène phosphonate).
En 1998, la consommation de phosphonates était de 56 000 tonnes dans le monde - 40 000 tonnes aux États-Unis, 15 000 tonnes en Europe et moins de 800 tonnes au Japon.
La demande de phosphonates augmente régulièrement de 3 % par an. Dans les détergents, ils sont utilisés comme une combinaison d'agent chélatant, d'inhibiteur de tartre et de stabilisant de blanchiment.
Les phosphonates sont également de plus en plus utilisés en médecine pour traiter les troubles liés à la formation osseuse et au métabolisme du calcium.
Les phosphonates sont également utilisés comme retardateur de béton.
Ils retardent le temps de prise du ciment, permettant un temps plus long pour placer le béton ou pour répartir la chaleur d'hydratation du ciment sur une plus longue période de temps pour éviter une température trop élevée et les fissures qui en résultent.
Ils ont également des propriétés dispersantes favorables et sont donc étudiés comme une nouvelle classe possible de superplastifiants.
Cependant, actuellement, les phosphonates ne sont pas disponibles dans le commerce en tant que superplastifiants.
Les superplastifiants sont des adjuvants pour béton conçus pour augmenter la fluidité et la maniabilité du béton ou pour diminuer son rapport eau/ciment (e/c).
En réduisant la teneur en eau du béton, les Phosphonates diminuent sa porosité, améliorant ainsi les propriétés mécaniques (résistance à la compression et à la traction) et la durabilité du béton (moins de transport d'eau, de gaz et de solutés).

Occurrence dans la nature
Le premier phosphonate naturel, l'acide 2-aminoéthylphosphonique, a été identifié en 1959 et est présent dans les plantes et de nombreux animaux, principalement dans les membranes.
Les phosphonates sont assez courants parmi différents organismes, des procaryotes aux eubactéries et champignons, mollusques, insectes et autres.
Le rôle biologique des phosphonates naturels est encore mal connu.
Jusqu'à présent, aucun bis- ou polyphosphonate n'a été trouvé dans la nature.

Comportement environnemental
Les phosphonates ont des propriétés qui les différencient des autres agents chélatants et qui affectent grandement leur comportement environnemental.
Les phosphonates ont une très forte interaction avec les surfaces, ce qui se traduit par une élimination importante dans les systèmes techniques et naturels.
En raison de cette forte adsorption, peu ou pas de remobilisation des métaux est attendue.
Aucune biodégradation des phosphonates lors du traitement de l'eau n'est observée mais la photodégradation des complexes Fe(III) est rapide.
Les aminopolyphosphonates sont également rapidement oxydés en présence de Mn(II) et d'oxygène et des produits de dégradation stables se forment et ont été détectés dans les eaux usées.
Le manque d'information sur les phosphonates dans l'environnement est lié aux problèmes analytiques de leur dosage à l'état de traces dans les eaux naturelles.
Les phosphonates sont principalement présents sous forme de complexes Ca et Mg dans les eaux naturelles et n'affectent donc pas la spéciation ou le transport des métaux.

Biodégradation
Dans la nature, les bactéries jouent un rôle majeur dans la biodégradation des phosphonates.
En raison de la présence de phosphonates naturels dans l'environnement, les bactéries ont développé la capacité de métaboliser les phosphonates en tant que sources de nutriments.
Les bactéries capables de cliver la liaison C-P sont capables d'utiliser des phosphonates comme source de phosphore pour leur croissance.
Les aminophosphonates peuvent également être utilisés comme seule source d'azote par certaines bactéries.
Les polyphosphonates utilisés dans l'industrie diffèrent grandement des phosphonates naturels tels que l'acide 2-aminoéthylphosphonique, car ils sont beaucoup plus gros, portent une charge négative élevée et sont complexés avec des métaux.
Des tests de biodégradation avec des boues de stations d'épuration municipales avec HEDP et NTMP n'ont montré aucune indication de dégradation.
Une enquête sur le HEDP, le NTMP, l'EDTMP et le DTPMP dans des tests de biodégradation standard n'a pas non plus identifié de biodégradation.
Phosphonates a été noté, cependant, que dans certains essais en raison du rapport boue/phosphonate élevé, l'élimination de la substance d'essai de la solution observée sous forme de perte de COD a été observée.
Les phosphonates ont été attribués à l'adsorption plutôt qu'à la biodégradation.
Cependant, des souches bactériennes capables de dégrader les aminopolyphosphonates et l'HEDP dans des conditions limitées en P ont été isolées des sols, des lacs, des eaux usées, des boues activées et du compost.