150px|thumb|right|Estructura del tautómero fosfonato R2PRO3
Los fosfonatos, ácidos fosfónicos, organofosfitos o simplemente fosfitos son compuestos orgánicos organofosforados que pueden considerarse formalmente como las sales o los ésteres del ácido fosforoso (H3PO3). Son compuestos organofosforados caracterizados por un enlace estable de carbono-fósforo (C-P), que generalmente resiste la descomposición bioquímica, térmica y fotoquímica. Los fosfonatos son compuestos δ4λ5 con estado de oxidación formal +3.
250px|left|thumb|En la imagen, los únicos hidrógenos ácidos que son fácilmente sustituibles por sales (Na, K...) o grupos alquilo o arilo son los dibujados en rojo. Existen fosfonatos en los que el hidrógeno azul es sustituido por un grupo alquilo. Debido a la tautomería que se da en el ácido fosforoso, podemos tener dos grupos de fosfonatos, los que contienen los grupos R-PO(OH)2 o R-PO(OR')2 (o su versiones "ácidas" con un H en vez de un radical R) o los que contienen el grupo P(OR')3(donde R'= alquilo, arilo...). Tradicionalmente, se han llamado indistintamente fosfitos y fosfonatos a ambos grupos, pero la IUPAC en 2005, decidió llamar al primer tautómero (H2PHO3) ácido fosfónico, y al segundo (H3PO3) ácido fosforoso, por lo que al primer grupo debería denominarse como fosfonatos o ácidos fosfónicos y al segundo como fosfitos o ésteres de fosfito.
Los bifosfonatos fueron sintetizados por primera vez en 1897 por Von Baeyer y Felix Hoffmann. Un ejemplo de bifosfonato es el HEDP. Desde el trabajo de Schwarzenbach en 1949, los ácidos fosfónicos son conocidos como efectivos agentes quelantes. La introducción de un grupo amino en la molécula para obtener aminofosfonatos (-NH2-C-PO(OH)2) aumenta las habilidades para atrapar metales por parte del fosfonato. Algunos ejemplos de tales compuestos son el EDTMP y el DTPMP. Estos fosfonatos comunes son los análogos estructurales de los bien conocidos aminopolicarboxilatos NTA, EDTA, y DTPA. La estabilidad de los complejos de metal se incrementa con el incremento en el número de grupos ácido fosfónico. Los fosfonatos son altamente solubles en agua, mientras que los ácidos fosfónicos son sólo ligeramente solubles. Los fosfonatos no son volátiles y son poco solubles en disolventes orgánicos.Crystal chemistry of inorganic phosphites, J. Loub, Acta Cryst. (1991), B47, 468—473,
Existen multitud de compuestos comercialmente importantes dentro del grupo de los fosfonatos, destacando el glifosato (la molécula activa del herbicida "Roundup") y el etefón, un regulador del crecimiento vegetal ampliamente utilizado. Algunos bisfosfonatos son medicamentos populares para el tratamiento de la osteoporosis..Svara, J.; Weferling, N.; Hofmann, T. "Phosphorus Compounds, Organic," in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2008. . Además, debido a la versatilidad que da la química de los fosfonatos, se suelen utilizar como reactivos de partida para su posterior oxidación a fosfatos orgánicos, como es el caso de la síntesis del medicamento antiviral que se emplea para el tratamiento de la infección por el VIH, el tenofovir.
Aunque muchos compuestos de fósforo son reconocidos como reactivos importantes en química orgánica, los fosfonatos en sí han sido prácticamente descuidados. El uso más importante del ácido H-fosfónico es la producción de fosfonatos que se utilizan en el tratamiento del agua. El ácido fosforoso y sus sales de amonio, sodio y potasio y sales de mono y di-potasio están clasificadas como bioplaguicidas por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. y por la UE. Tienen baja toxicidad en el medio ambiente y son más conocidos por su alta eficacia en el control de enfermedades causadas por oomicetos como Phytophthora, Plasmopara y Pythium.
thumb|Estructura del tautómero fosfito R3PO3 mostrando el par de electrones solitarios en el átomo de P.
Abundancia en la naturaleza 200px|thumb|El ácido 2-aminoetilfosfónico: primer fosfonato natural identificado.
El fósforo es un nutriente esencial para todos los organismos vivos, requerido para la síntesis de ácidos nucleicos, fosfolípidos y otros numerosos metabolitos. En la mayoría de los organismos, la fuente preferida de fósforo es el fosfato inorgánico (Pi). Sin embargo, debido a que la mayoría de las sales de fosfato son altamente insolubles, este ion rara vez está disponible en concentraciones que respalden el crecimiento desenfrenado. Por lo tanto, a pesar de que el fósforo es el undécimo elemento más abundante en la corteza terrestre, es un nutriente limitante en la mayoría de ecosistemas. Como resultado, la naturaleza ha desarrollado sistemas de transporte de fosfato altamente eficientes, así como sistemas para la adquisición de fósforo de esencialmente todas las biomoléculas conocidas que contienen este elemento. Sin embargo, estudios recientes sugieren que otros compuestos de fósforo menos estudiados también pueden ser importantes en la biosfera. Entre estos se encuentran los fosfonatos y fosfinatos, compuestos caracterizados por la presencia de enlaces carbono-fósforo (C-P) altamente estables en lugar de los enlaces lábiles de carbono-oxígeno-fósforo que se encuentran en las biomoléculas más conocidas que contienen fósforo.
El aminofosfonato natural ciliatina (nombre original) o ácido 2-aminoetilfosfónico (2-AEP), que es un análogo del aminoácido β-alanina y el aminosulfonato taurina, fue el primer fosfonato identificado (en 1959) y se encontró posteriormente como el grupo principal de fosfonolípidos producidos por muchos otros microorganismos, animales, e incluso plantas, donde está localizado en las membranas. Los fosfonatos son bastante comunes entre diferentes organismos, desde procariotas a eubacterias, fungi, moluscos, insectos y otros.
También están ampliamente distribuidos entre formas de vida más primitivas, incluidos muchos invertebrados marinos, y constituyen un componente significativo del reservorio de fósforo orgánico disuelto en los océanos. Prácticamente todos los compuestos biogénicos C–P se sintetizan por una vía en la que el paso clave es la reorganización intramolecular del fosfoenolpiruvato a fosfonopiruvato. Sin embargo, la escisión del enlace C–P por microorganismos degradantes es catalizada por una serie de enzimas C–P liasa, C–P hidrolasas y otras de mecanismo aún no caracterizado. La expresión de algunas de las vías del catabolismo de fosfonato está controlada por los niveles ambientales de P inorgánico (Pi), pero para otros es independiente del Pi. Los datos indican la más que probable importancia del P en forma de fosfonato en el ciclo global del fósforo biogeoquímico y, por extensión, su papel en la productividad marina y en la dinámica del carbono y el nitrógeno en los océanos. El descubrimiento de que los fosfonatos forman alrededor del 10% del fósforo disuelto y particulado en los océanos, ha demostrado que la disponibilidad de fósforo es un determinante clave de la productividad del fitoplancton marino. Por lo tanto, parecen ser un recurso importante de este elemento para los organismos acuáticos; sin embargo, la comprensión de su utilización por el fitoplancton eucariota es muy limitada. Lo más probable es que ocurran en forma de polisacáridos esterificados con ácido metilfosfónico y ácido 2-hidroxietilfosfónico. Estos compuestos se han encontrado principalmente en Nitrosopumilus maritimus, uno de los organismos más abundantes del planeta y residente de las regiones ricas en oxígeno de los océanos abiertos. Hasta el 4% del metano en la Tierra proviene de las aguas ricas en oxígeno a través de la división del enlace carbono-fósforo altamente no reactivo en el metilfosfonato.
Aunque su síntesis en protozoos se descubrió hace más de 50 años, el alcance y la diversidad de la producción de fosfonato en la naturaleza sigue siendo poco caracterizada. Desde entonces, la fosfonoalanina y el 1-hidroxi-2-aminoetilfosfonato también se han encontrado como el grupo principal de fosfonolípidos.Moschidis MC (1985) «Phosphonolipids». Prog Lipid Res 23:223–246 El 2-AEP y el metilfosfonato son componentes de los fosfonoglucanos producidos por arqueas, bacterias, protozoos e invertebrados. Además, tanto el 2-AEP como el 2-hidroxietilfosfonato (2-HEP) también se han encontrado unidos a los azúcares de las proteínas glicosiladas de las eucariotas inferiores.Hilderbrand RL (1983) «The role of phosphonates in living systems». CRC Press, USA A pesar de su ubicuidad, la función biológica de las macromoléculas de fosfonato sigue siendo un misterio sin resolver. No se han encontrado en la naturaleza bifosfonatos o polifosfonatos.
Además de los fosfonolípidos, se aislaron una gran variedad de fosfonatos naturales de molécula pequeña durante el . Por consiguiente, todos los compuestos descritos durante este período de tiempo tienen bioactividades conocidas: Fosfomicina (antibiótico), bialafos (herbicida),Baeyer E, Gugel KH, Haegele K, Hagenmaier H, Jessipow S, Koenig WA, Zaehner J (1972) «Stofwechselprodukte von Mikroorganismen 98. Phosphinothricin and phosphinothricyle-alanylalanin». Helv Chim Acta 55:224–239 fosalacina (herbicida),Omura S, Hinotozawa K, Imamura N, Murata M (1984) «The structure of phosalacine, a new herbicidal antibiotic containing phosphinothricin». J Antibiot 37(8):939–940Omura S, Murata M, Hanaki H, Hinotozawa K, Oiwa R, Tanaka H (1984) «Phosalacine, a new herbicidal antibiotic containing phosphinothricin. Fermentation, isolation, biological activity and mechanism of action». J Antibiot 37(8):829–835 trialafos,Kato H, Nagayama K, Abe H, Kobayashi R, Ishihara E (1991) «Isolation, structure and biological activity of trialaphos». Agric Biol Chem 55:1133–1134 fosmidomicina,Okuhara M, Kuroda Y, Goto T, Okamoto M, Terano H, Kohsaka M, Aoki H, Imanaka H (1980) «Studies on new phosphonic acid antibiotics. III. Isolation and characterization of FR-31564, FR32863 and FR-33289». J Antibiot 33(1):24–28 las plumbemicinas (antibióticos),Park BK, Hirota A, Sakai H (1977) «Structure of plumbemycin A and B, antagonists of L-threonine from Streptomyces plumbeus». Agric Biol Chem 41:573–579 y fosfonoclorina (antibiótico)Takeuchi M, Nakajima M, Ogita T, Inukai M, Kodama K, Furuya K, Nagaki H, Haneishi T (1989) «Fosfonochlorin, a new antibiotic with spheroplast forming activity». J Antibiot 42(2):198–205 se aislaron originalmente mediante ensayos de inhibición del crecimiento bacteriano. La inhibición del crecimiento fúngico también se usó, consiguiendo aislar los antifúngicos fosfazinomicinasOgita T, Gunji S, Fukawa Y, Terahara A, Kinoshita T, Nagaki H (1983) «The structures of fosfazinomycins A and B». Tetrahedron Lett 24:2283–2286 y rizocticinas.Rapp C, Jung G, Kugler M, Loeffler W (1988) «Rhizocticins— new phosphono-oligopeptides with antifungal activity». Liebigs Annalen der Chemie 7:655–661 También se descubrió la fosfonotrixina, para la prevención de la germinación de las semillas.Takahashi E, Kimura T, Nakamura K, Arahira M, Iida M (1995) «Phosphonothrixin, a novel herbicidal antibiotic produced by Saccharothrix sp. ST-888. I. Taxonomy, fermentation, isolation and biological properties». J Antibiot 48(10):1124–1129