Chelation ist die Bildung oder Anwesenheit zwei oder mehr getrennter Koordinatenobligationen zwischen einem

polygezähnt (vielfach verpfändet) ligand und ein einzelnes Hauptatom.

Gewöhnlich sind diese ligands organische Zusammensetzungen, und werden chelants, chelators, chelating Agenten oder absondernde Agenten genannt.

Der ligand bildet einen chelate Komplex mit dem Substrat. Komplexen von Chelate wird mit Koordinationskomplexen gegenübergestellt, die aus monogezähnten ligands zusammengesetzt sind, die nur ein Band mit dem Hauptatom bilden.

Sich Chelants, gemäß ASTM 380, sind "Chemikalien, die auflösbare, komplizierte Moleküle mit bestimmten Metallionen, inactivating die Ionen bilden, so dass sie mit anderen Elementen nicht normalerweise reagieren können oder Ionen, um zu erzeugen, niederschlägt oder klettern."

Das Wort chelation wird aus griechischem χηλή, chelè abgeleitet, Klaue bedeutend; die ligands liegen das Hauptatom wie die Klauen eines Hummers herum.

Die chelate Wirkung

Die chelate Wirkung beschreibt die erhöhte Sympathie von chelating ligands für ein Metallion im Vergleich zur Sympathie einer Sammlung von ähnlichem nonchelating (monogezähnter) ligands für dasselbe Metall.

Denken Sie das zwei Gleichgewicht, in der wässrigen Lösung, zwischen dem Kupfer (II) Ion, Cu und ethylenediamine (en) einerseits und methylamine, MeNH auf dem anderen.

:Cu + en [Cu (en)] (1)

:Cu + 2 MeNH [Cu (MeNH)] (2)

In (1) bildet der bidentate ligand Äthylen diamine einen chelate Komplex mit dem Kupferion. Chelation läuft auf die Bildung eines fünf-membered Rings hinaus. In (2) wird der bidentate ligand durch zwei monogezähnte methylamine ligands ungefähr derselben Spender-Macht ersetzt, bedeutend, dass der enthalpy der Bildung von Cu — N Obligationen ungefähr dasselbe in den zwei Reaktionen ist. Unter Bedingungen von gleichen Kupferkonzentrationen, und wenn die Konzentration von methylamine zweimal die Konzentration von ethylenediamine ist, wird die Konzentration des Komplexes (1) größer sein als die Konzentration des Komplexes (2). Die Wirkung nimmt mit der Zahl von Chelate-Ringen so die Konzentration des EDTA Komplexes zu, der sechs Chelate-Ringe hat, ist viel viel höher als ein entsprechender Komplex mit zwei monogezähntem Stickstoff-Spender ligands und vier monogezähnten carboxylate ligands. So ist das Phänomen der chelate Wirkung eine fest feststehende empirische Tatsache.

Die thermodynamische Annäherung an das Erklären der chelate Wirkung betrachtet das Gleichgewicht als unveränderlich für die Reaktion: je größer das unveränderliche Gleichgewicht, desto höher die Konzentration des Komplexes.

: [Cu (en)] = β [Cu] [en]

: [Cu (MeNH)] = β [Cu] [MeNH]

Elektrische Anklagen sind für die Einfachheit der Notation weggelassen worden. Die eckigen Klammern zeigen Konzentration und die Subschriften zu den Stabilitätskonstanten, β an, zeigen die Stöchiometrie des Komplexes an. Wenn die analytische Konzentration von methylamine zweimal mehr als das von ethylenediamine ist und die Konzentration von Kupfer dasselbe in beiden Reaktionen ist, ist die Konzentration [Cu (en)] viel höher als die Konzentration [Cu (MeNH)] weil β>> β.

Ein Gleichgewicht unveränderlich, K, ist mit dem Standard Gibbs freie Energie, ΔG durch verbunden

:ΔG = RT ln K = ΔH  TΔS

wo R die Gaskonstante ist und T die Temperatur in kelvins ist. ΔH ist der Standard enthalpy Änderung der Reaktion, und ΔS ist die Standardwärmegewicht-Änderung.

Es ist bereits postuliert worden, dass der Enthalpy-Begriff ungefähr dasselbe für die zwei Reaktionen sein sollte. Deshalb ist der Unterschied zwischen den zwei Stabilitätskonstanten wegen des Wärmegewicht-Begriffes. In der Gleichung (1) gibt es zwei Partikeln links und ein rechts, wohingegen in der Gleichung (2) es drei Partikeln links und ein rechts gibt. Das bedeutet, dass weniger Wärmegewicht der Unordnung verloren wird, wenn der chelate Komplex gebildet wird als, wenn der Komplex mit monogezähntem ligands gebildet wird. Das ist einer der Faktoren, die zum Wärmegewicht-Unterschied beitragen. Andere Faktoren schließen Solvation-Änderungen und Ringbildung ein. Einige experimentelle Angaben, um die Wirkung zu illustrieren, werden im folgenden Tisch gezeigt.

Diese Daten zeigen, dass der Standard enthalpy Änderungen tatsächlich für die zwei Reaktionen ungefähr gleich ist, und dass der Hauptgrund, warum das die größere Stabilität des chelate Komplexes wegen des Wärmegewicht-Begriffes ist, der tatsächlich viel weniger ungünstig ist, ist es in diesem Beispiel geneigt. Im Allgemeinen ist es schwierig, genau für thermodynamische Werte in Bezug auf Änderungen in der Lösung am molekularen Niveau Rechenschaft abzulegen, aber es ist klar, dass die chelate Wirkung vorherrschend eine Wirkung des Wärmegewichtes ist.

Andere Erklärungen, Einschließlich dieses von Schwarzenbach, werden im Belaubten Wald und Earnshaw (loc.cit) besprochen.

In der Natur

Eigentlich stellen alle biochemicals die Fähigkeit aus, bestimmtes Metall cations aufzulösen. So sind Proteine, Polysaccharid und Polynukleinsäuren ausgezeichneter polygezähnter ligands für viele Metallionen. Organische Zusammensetzungen wie die Aminosäuren glutamic Säure und histidine, organischer diacids wie malate und polypeptides wie phytochelatin sind auch typischer chelators. Zusätzlich zu diesen hinzukommenden chelators werden mehrere biomolecules spezifisch erzeugt, um bestimmte Metalle zu binden (sieh folgende Abteilung).

In der Biochemie und Mikrobiologie

Eigentlich zeigen alle metalloenzymes Metalle, die chelated, gewöhnlich zu peptides oder cofactors und prothetischen Gruppen sind. Solche chelating Agenten schließen die Porphyrin-Ringe ins Hämoglobin und Chlorophyll ein. Viele mikrobische Arten erzeugen wasserlösliche Pigmente, die als chelating Agenten dienen, hat siderophores genannt. Zum Beispiel, wie man bekannt, verbergen Arten von Pseudomonas pyocyanin und pyoverdin, die Eisen binden. Enterobactin, der durch E. coli erzeugt ist, ist der stärkste chelating bekannte Agent.

In der Geologie

In der Erdwissenschaft wird chemische Verwitterung organischen chelating Reagenzien, z.B peptides und Zucker, diesem Extrakt-Metall Ionen von Mineralen und Felsen zugeschrieben. Die meisten Metallkomplexe in der Umgebung und in der Natur werden in einer Form des Chelate-Rings, z.B mit einer humic Säure oder einem Protein gebunden. So ist Metall chelates für die Mobilmachung von Metallen im Boden, dem Auffassungsvermögen und der Anhäufung von Metallen in Werke und Kleinstlebewesen wichtig. Auswählender chelation von schweren Metallen ist für bioremediation, z.B Eliminierung von Cs von der radioaktiven Verschwendung wichtig.

Anwendungen

Chelators werden im Produzieren von Ernährungsergänzungen, Düngern, chemischer Analyse, als Wasserenthärter, kommerzielle Produkte verwendet, die schamponieren und Nahrungsmittelkonservierungsmittel, Medizin, schweres Metall detox und Industrieanwendungen.

2010 war das Gebiet des Asiens-Pazifiks der größte Ausgang, ungefähr 45 % der Weltnachfrage nach chelating Agenten erzeugend. Dem Gebiet wurde von Westeuropa und Nordamerika gefolgt. Wie man erwartet, erreicht der globale chelating Agent-Markt mehr als 5 Millionen Tonnen 2018.

Ernährungsergänzungen

In den 1960er Jahren haben Wissenschaftler das Konzept von chelating ein Metallion vor der Fütterung des Elements zum Tier entwickelt. Sie haben geglaubt, dass das eine neutrale Zusammensetzung schaffen würde, das Mineral davor schützend, complexed mit unlöslichen Salzen innerhalb des Magens zu sein, das für die Absorption nicht verfügbare Metall machend. Aminosäuren, wirksame Metallbinder seiend, wurden als der zukünftige ligands gewählt, und Forschung wurde auf den Metallaminosäure-Kombinationen geführt. Die Forschung hat das unterstützt die Metallaminosäure chelates ist im Stande gewesen, Mineralabsorption zu erhöhen.

Während dieser Periode wurden synthetische chelates auch entwickelt. Ein Beispiel solcher Kunststoffe ist ethylenediaminetetraacetic Säure (EDTA). Diese haben Kunststoffe dasselbe Konzept von chelation angewandt und haben wirklich Chelated-Zusammensetzungen geschaffen; jedoch waren diese Kunststoffe zu stabil und nicht Ernährungs-lebensfähig. Wenn das Mineral vom EDTA ligand genommen wurde, konnte der ligand nicht durch den Körper verwendet werden und würde vertrieben. Während des Ausweisungsprozesses wird der EDTA ligand zufällig chelate und ziehen ein anderes Mineral vom Körper ab.

Gemäß der Vereinigung von amerikanischen Futter-Kontrollbeamten (AAFCO) wird eine Metallaminosäure chelate als das Produkt definiert, das sich aus der Reaktion eines Metallions von einem auflösbaren Metallsalz mit einem Maulwurf-Verhältnis ein bis drei (vorzugsweise zwei) Maulwürfe von Aminosäuren ergibt. Das durchschnittliche Gewicht von hydrolyzed Aminosäuren muss etwa 150 sein, und das resultierende Molekulargewicht des chelate muss 800 Da nicht übertreffen.

Seit der frühen Entwicklung dieser Zusammensetzungen ist viel mehr Forschung geführt worden, und ist auf menschliche Nahrungsprodukte auf eine ähnliche Weise zu den Tiernahrungsexperimenten angewandt worden, die für die Technologie den Weg gebahnt haben. Eisenbis-glycinate ist ein Beispiel von einer dieser Zusammensetzungen, die für die menschliche Nahrung entwickelt worden ist.

Dünger

Viele Mineralmängel können in Werken wie Eisenbleichsucht vorkommen, die die Ernährungsvorteile von Getreide reduzieren und schließlich auf Pflanzentod hinauslaufen kann. Mineral chelates ist verwendet worden, um die Mineralmängel an betroffenen Getreide durch Flüssigkeit foliar Anwendungen zu erleichtern. Diese Dünger werden auch verwendet, um Mängel davon abzuhalten, vorzukommen und die gesamte Gesundheit der Werke zu verbessern.

Schweres Metall detoxification

Therapie von Chelation ist der Gebrauch von chelating Agenten, um giftige Metallreagenzien wie Quecksilber, Arsen und Leitung durch das Umwandeln von ihnen zu einer chemisch trägen Form zu entgiften, die excreted ohne weitere Wechselwirkung mit dem Körper sein kann, und von der amerikanischen Bundesbehörde zur Überwachung von Nahrungs- und Arzneimittlel 1991 genehmigt wurde. In der alternativen Medizin wird chelation als eine Behandlung für Autismus verwendet, obwohl diese Praxis wegen der Abwesenheit der wissenschaftlichen Glaubhaftigkeit umstritten ist, fehlen Sie der FDA Billigung und seiner potenziell tödlichen Nebenwirkungen.

Obwohl sie in Fällen der schweren Metallvergiftung vorteilhaft sein können, chelating Agenten kann auch gefährlich sein. Der Gebrauch von disodium EDTA statt Kalziums EDTA ist auf Schicksalsschläge wegen hypocalcemia hinausgelaufen.

Andere medizinische Anwendungen

Antibiotische Rauschgifte der tetracycline Familie sind chelators von Ionen von Ca und Mg.

EDTA wird auch in der Wurzelkanal-Behandlung als eine Weise verwendet, den Kanal zu bewässern. EDTA macht den Zahnbein-Erleichterungszugang zur kompletten Kanal-Länge weich und die während der Instrumentierung gebildete Schmiere-Schicht zu entfernen.

Komplexe von Chelate des Gadoliniums werden häufig als Kontrastagenten im MRI-Ansehen verwendet.

Chemische Anwendungen

Homogene Katalysatoren sind häufig chelated Komplexe. Ein typisches Beispiel ist das Ruthenium (II) Chlorid chelated mit BINAP (ein bidentate phosphine) verwendet in z.B. Noyori asymmetrischer hydrogenation und asymmetrischer isomerization. Der Letztere hat den praktischen Nutzen der Fertigung von synthetischen (-) - Menthol.

Zitronensäure wird verwendet, um Wasser in Seifen und Wäscherei-Reinigungsmitteln weich zu machen. Ein allgemeiner synthetischer chelator ist EDTA. Phosphonates sind auch weithin bekannte chelating Agenten. Chelators werden in Wasserbehandlungsprogrammen und spezifisch in der Dampftechnik, z.B, dem Boiler-Wasserbehandlungssystem verwendet: Chelant Wasserbehandlungssystem.

Produkte wie Lebensrost und Evapo-Rost sind chelating Reagenzien, die für die Eliminierung von Rost von Eisen und Stahl verkauft sind.