四チオン酸

四チオン酸（テトラチオン酸）

四チオン酸、別名テトラチオン酸（Tetrathionic acid）は、化学式 H₂S₄O₆ で表されるポリチオン酸類の一つです。その名前が示す通り、分子内に4つの硫黄原子が鎖状に連なって存在するのが最大の特徴です。これらの硫黄原子は全て同じ酸化状態にあるわけではなく、詳細に見ると、中央の2つの硫黄原子は酸化状態が0、両端の2つの硫黄原子はそれぞれ+5の酸化状態をとっています。この構造は、2つのチオ硫酸イオン（S₂O₃²⁻）が硫黄-硫黄結合を介して連結したもの、あるいは S₂²⁻ のような多硫化物アニオンに2つの亜硫酸基（SO₃²⁻）が付加したようなものと見なすこともできます。四チオン酸は不安定なため、通常はその塩である四チオン酸塩として扱われ、そこに含まれるオキソアニオンは四チオン酸アニオン（S₄O₆²⁻）と呼ばれます。

生成方法

四チオン酸およびそのアニオンは、主にチオ硫酸塩を酸化することによって生成されます。代表的な合成法としては、チオ硫酸ナトリウムなどのチオ硫酸塩水溶液にヨウ素（I₂）を加える方法があります。この反応では、チオ硫酸アニオン（S₂O₃²⁻）がヨウ素によって酸化され、四チオン酸アニオン（S₄O₆²⁻）とヨウ化物イオン（I⁻）が生成します。

化学反応式は以下の通りです。

`2S₂O₃²⁻ + I₂ → S₄O₆²⁻ + 2I⁻`

この反応は、チオ硫酸ナトリウム溶液の標準化において、ヨウ素滴定の終点を決定するためにも利用される、分析化学的にも重要な反応です。

特徴的な構造

四チオン酸アニオン（S₄O₆²⁻）の構造は非常に特徴的です。結晶構造解析に基づくと、4つの硫黄原子は鎖状に並び、全体としてらせん状に近い配置をとることが多いです。これは、ちょうど立方体の四隅に硫黄原子が位置するような立体構造として表現されることもあります。多硫化物鎖に見られる傾向と同様に、S-S結合間の二面角は概ね90度に近い値をとることが知られています。このような立体配置は、四チオン酸バリウム二水和物（BaS₄O₆・2H₂O）や四チオン酸ナトリウム二水和物（Na₂S₄O₆・2H₂O）などの結晶構造からも確認されています。

主な化合物

四チオン酸は単体として安定に存在することは稀ですが、四チオン酸アニオンを含む様々な塩が知られています。代表的なものとしては以下が挙げられます。

四チオン酸ナトリウム（Na₂S₄O₆）
四チオン酸カリウム（K₂S₄O₆）
四チオン酸バリウム二水和物（BaS₄O₆・2H₂O）

これらの化合物は、特定の化学反応の触媒として用いられたり、分析化学的な応用があったりします。

性質とその役割

四チオン酸およびその塩は、いくつかの興味深い性質と役割を持っています。

まず、チオ硫酸など、中間的な酸化状態にある硫黄化合物に共通する性質として、四チオン酸は金属材料、特に炭素鋼やステンレス鋼の孔食（点状の腐食）を引き起こす原因となることがあります。これは、これらの硫黄化合物が金属表面で酸化還元反応を起こし、局部的な腐食を促進するためと考えられています。

さらに、四チオン酸は生体内でも生成され、生物学的なプロセスに関与することが分かっています。哺乳類の小腸において、チオ硫酸が免疫応答に関連して生成される活性酸素種、特にNADPHオキシダーゼから放出されるスーパーオキシド（O₂⁻・）によって酸化されることで、四チオン酸が生じます。これは、体内の免疫システムが炎症反応の一部としてチオ硫酸を利用し、その代謝物が生成される一例と言えます。

一方で、この生じた四チオン酸は、特定の細菌にとって重要な役割を果たします。例えば、食中毒の原因菌の一つであるサルモネラ菌（Salmonella Enterica serotype Typhimurium）は、炎症によって生じた四チオン酸を終末電子受容体として利用し、エネルギー代謝を行うことが明らかになっています。これにより、炎症が起きている小腸という環境が、サルモネラ菌にとって有利な生育場所となり、菌の増殖が促進される可能性があります。これは、宿主の免疫応答が、皮肉にも病原体の生存や増殖を助けてしまうメカニズムの一端を示しています。

四チオン酸