Organische Phosphorsäureester

Phosphorsäureester (auch: Alkylphosphate) sind Ester der ortho-Phosphorsäure, die formal oder tatsächlich durch die Reaktion der Säure und Alkoholen unter Abspaltung von Wasser entstehen. Sie können als organische Phosphate/Organophosphate bezeichnet werden, gehören aber nicht zur Gruppe der Organophosphorverbindungen, da keine Kohlenstoff-Phosphorbindung vorliegt.

Struktur

Man unterscheidet zwischen Monoester, Diester und Triester:

Monoester, Diester und Triester der ortho-Phosphorsäure (von links nach rechts)

Sie unterscheiden sich von den Estern der Diphosphorsäuren und Triphosphorsäuren (siehe Pentanatriumtriphosphat), die beide Monoester sind.

Di- und Triphosphorsäureester

Im Organismus sind Phosphorsäureester lebenswichtig, da sie als Zwischenprodukte von zahlreichen Stoffwechselprozessen praktisch an allen biologischen Vorgängen beteiligt sind (siehe z.B. Adenosintriphosphat). Von den Phosphorsäureestern zu unterscheiden sind die ebenfalls zu den Organophosphorverbindungen zählenden, zum Teil hochgiftigen, Thiophosphorsäure- und Dithiophosphorsäureester.

Thiophosphorsäureester und Dithiophosphorsäureester

Verwendung (allgemein)

Phosphorsäureester dienen in Kunststoffen und Lacken als Weichmacher, Flammschutzmittel, Härter, als Beiz- und Haftmittel beim Aufbringen von Farben und Lacken, in der Metalloberflächenbehandlung als reinigende, korrosionshemmende und haftvermittelnde Substanzen, als Hilfsmittel für Textilien und Papier, als Putz- und Reinigungsmittel, Hydraulik-Flüssigkeit, Öl- und Treibstoffadditive.

Verwendung als Pestizide

Organophosphorverbindungen und Phosphorsäureester sind die umfangreichste und vielfältigste Gruppe von Wirkstoffen gegen Insekten (Insektizide) und Milben (Akarizide). Beispiele von Insektiziden dieser Substanzklasse sind Phoxim, Dichlorvos (DDVP), Fenthion, Chlorpyrifos, Parathion (E 605) und seine Methyl- und Ethyl-Derivate, sowie Bladan.

Eigenschaften

• leicht hydrolysierbar (durch Wasser spaltbar) und auch leicht enzymatisch und abiotisch abbaubar
• teilweise sehr gut fettlöslich (lipophil)
• hohe Toxizität und damit verbunden geringe Aufwandmenge
• große Variabilität der Verbindungen, d. h. es sind viele verschiedene Verbindungen möglich, so dass die Gefahr der Entstehung von Resistenzen nicht gegeben ist.

Giftwirkung

Die Giftwirkung beim Menschen beruht auf einer Hemmung des esteratischen Zentrums (irreversibel) der Acetylcholinesterase und damit zunächst zu einer Acetylcholin-Überflutung mit muscarin- und nicotinartigen Symptomen (s. dazu auch Acetylcholin-Rezeptoren). Im Folgenden kommt es durch die ständigen Nervenimpulse zu Verkrampfungen und anschließend Tod durch Atemstillstand. Die Toxizität der einzelnen Verbindungen ist allerdings sehr unterschiedlich. Weitere Symptome sind verlangsamter Herzschlag, verengte Pupillen, erhöhter Speichelfluss, Atemnot. Zur Antagonisierung wird in der Notfallmedizin Atropin und Obidoximchlorid gegeben.

Geschichte

Die Entwicklung dieser Verbindungsklasse begann Anfang 1900 durch August Michaelis und Arbusov, welche die Begründer der klassischen Phosphorchemie sind. Die biologische Wirkung der organischen Phosphorsäureester wurde jedoch erst Mitte der 1930er-Jahre von Gerhard Schrader erkannt, der bei der Suche nach Akariziden und Insektiziden die Kampfstoffe Tabun (1936) und Sarin (1939) synthetisierte.