Fosfazeni, sintesi e usi

Classi di composti inorganici: i fosfazeni

I fosfazeni sono composti inorganici caratterizzati da inerzia chimica, resistenza meccanica, elevato momento dipolare, flessibilità e biocompatibilità. Possono essere lineari, ciclici o polimerici e contengono il gruppo P=N con il fosforo che ha numero di ossidazione +5. Questi composti mostrano un’ampia gamma di temperature di transizione vetrosa.

Applicazioni dei fosfazeni

I fosfazeni, a seconda dei sostituenti legati all’atomo di fosforo, presentano diverse caratteristiche fisiche e chimiche. Trovano applicazione in settori come batterie ricaricabili, lubrificanti, cristalli liquidi, reagenti antibatterici, ritardanti di fiamma, materiali biologici e ossa sintetiche.

Gli imminofosfazeni e le super basi

Gli imminofosfazeni, con formula R−N=P(−NR2)3, sono superbasi con elevata affinità per i protoni, come definito dall’I.U.P.A.C. Essi sono composti aventi una basicità molto elevata, esempi sono il litio diisopropilammide.

Il legame nei fosfazeni

I fosfazeni, noti anche come alogenuri fosfonitrilici, presentano l’azoto con ibridazione sp2 e il fosforo pentavalente con ibridazione sp3. Le distanze di legame fosforo-azoto sono inferiori a quelle presenti in un legame semplice azoto-fosforo, a causa del fenomeno della risonanza. Il legame multiplo è spiegato dal legame p π – d π tra gli orbitali dell’azoto e del fosforo.

L’esaclorofosfazene

L’esaclorofosfazene presenta uno scheletro ciclico insaturo con sei legami fosforo-azoto equivalenti. La sua struttura non è planare ma simile alla conformazione a sedia del cicloesano. Gli orbitali dell’azoto e del fosforo hanno specifiche distribuzioni elettroniche che conferiscono all’anello un carattere pseudo aromatico.

Sintesi dei fosfazeni

La sintesi dei fosfazeni varia a seconda del numero di gruppi P=N presenti nella molecola e coinvolge diversi processi chimici e reagenti specifici.

La sintesi di monofosfazeni e polifosfazeni

I monofosfazeni possono essere ottenuti attraverso la reazione degli azidi R-N3 con fosfine PR3 (dove R = Ar, OR, Cl, NR2):
P(C6H5)3 + C6H5-N3 → (C6H5)3P=N -C6H5-N2

Per ottenere composti polimerici contenenti gruppi P=N si fa reagire il pentacloruro di fosforo con cloruro di ammonio e solventi organici come clorobenzene, tetracloroetano:
n PCl5 +n NH4Cl → (PNCl2)n + 4n HCl

I polifosfazeni, conosciuti anche come gamma inorganica, sono elastomeri reticolati noti fin dal 1890. L’isolamento di (PNCl2)n è stato ottenuto nel 1960 attraverso la reazione con tracce d’acqua. Questa reazione, secondo il chimico britannico Harry R. Allcock, avviene tramite attacco nucleofilo in cui gli atomi di cloro vengono sostituiti da nucleofili organici per formare polifosfazeni stabili.

Usi dei polifosfazeni

I polifosfazeni presentano diverse proprietà che li rendono utili in vari settori. Mostrano biocompatibilità, flessibilità, elevato momento dipolare e sono ritardanti di fiamma. Grazie a queste caratteristiche, vengono impiegati in diversi campi, soprattutto in quello medico.

Applicazioni mediche dei polifosfazeni

I polifosfazeni vengono utilizzati nel campo medico per la somministrazione di farmaci, come membrane biologiche, rivestimenti e componenti medici come protesi e impianti. Questi polimeri consentono di personalizzare il trattamento e offrono una vasta gamma di applicazioni.

I polifosfazeni sono anche impiegati nella realizzazione di film sottili utilizzati per coprire ustioni e ferite estese, in quanto impediscono la perdita di fluidi corporei e proteggono dalle infezioni batteriche.

Applicazioni tecnologiche

A livello tecnologico, i polifosfazeni vengono impiegati per migliorare la stabilità termica, meccanica e chimica delle membrane, oltre a potenziarne le prestazioni. Sono utilizzati in applicazioni di elettrodialisi, microfiltrazione, ultrafiltrazione e osmosi inversa.

Utilizzo nelle celle a combustibile

Come materiale di membrana nelle celle a combustibile con membrana a scambio protonico, i polifosfazeni permettono la migrazione dei protoni dall’anodo al catodo, sfruttando l’elettrolisi dell’acqua per produrre energia in modo efficiente.

Applicazioni industriali

I polifosfazeni sono impiegati anche per rivestire materiali metallici, isolare fili e materiali compositi, migliorando la resistenza e la durabilità. Sono utilizzati insieme al vetro o alle resine fenoliche per creare rivestimenti e materiali compositi avanzati.