Chelácia

Chelácia kovového atómu pomocou etyléndiamínu

Chelácia je tvorba koordinačnej väzby medzi atómom kovu a inou molekulou alebo iónom. Vznikajú tak väzby medzi dvoj alebo viacväzbovým ligandom a jedným centrálnym atómom kovu.^[1] Takéto ligandy nazývame chelačné činidlá, poprípade chelátotvorné činidlá. Zväčša ide o organické zlúčeniny. Vzniknutá zlúčenina sa nazýva chelát alebo niekedy chelátový komplex. Chelácia sa využíva napríklad v medicíne na odstránenie jedovatých kovov z tela (chelačná terapia), na výrobu homogénnych katalyzátorov, pri chemickej úprave vody na odstránenie kovov a na výrobu výživových doplnkov a hnojív.

Výskyt v prírode

Mikrobiológia a biochémia

Mnohé biomolekuly majú schopnosť rozpúšťať kovové katióny, preto sú bielkoviny, polysacharidy a polynukleové kyseliny výbornými viacväzbovými ligandmi pre mnoho kovových katiónov. Takisto ju môžeme pozorovať pri metaloproteínoch, ktoré takmer vždy obsahujú chelatovaný kov, zväčša na peptid alebo ich kofaktor. Ide napríklad o porfín v hemoglobíne a chlorofyle. Mnohé vodné mikroorganizmy produkujú zlúčeniny, ktoré im slúžia na cheláciu železa. Takéto zlúčeniny sa nazývajú siderofóry. Vytvárajú ich napríklad baktérie Pseudomonas, vylučujú pyoverdín a baktérie E. coli látku enterobaktín.

Geológia

Predpokladá sa, že chemické zvetrávanie zapríčiňujú práve organické chelátotvorné látky, ako napríklad peptidy a cukry, ktoré viažu kovové ióny z minerálov a hornín.^[2] Cheláty sú v prírode takisto podstatné pre pohyb kovov v pôde a ich pre využitie rastlinami a mikroorganizmami.

Využitie

Zdravotníctvo

Výživové doplnky

V 60. rokoch sa začal výskum ohľadom podávania krmiva vo forme chelátu za predpokladu, že by takáto neutrálna molekula chránila daný minerál pri trávení pred zlučovaním sa s nerozpustnými soľami. Výskum sa vykonával na aminokyselinách keďže dokážu efektívne tvoriť väzbu s kovmi. Výskum preukázal, že aminokyselinové cheláty dokážu zvýšiť vstrebávanie podávaných minerálnych látok do tela. Takisto v tejto dobe prebiehal výskum s rôznymi syntetickými chelačnými činidlami, ako napríklad kyselinou etyléndiamíntetraoctovou (EDTA). Tie fungovali na tom istom princípe chelácie, ale neboli však vhodné ako výživové doplnky, pretože tento ligand je až príliš stabilný. Po tom ako telo absorbovalo minerál z chelátu, nedokázalo ligand spracovať a preto ho muselo vylúčiť. Počas vylučovania EDTA ligand náhodne chelatoval nejaký iný minerál z tela.
Od počiatočného výskumu tohto využitia pre cheláty prebehlo mnoho ďalších štúdií a cheláty sa dnes používajú aj do výživových doplnkov na doplnenie minerálov pre ľudí.^[3]

Odstránenie ťažkých kovov

Chelácia sa využíva ako protilátka proti otrave ortuťou, olovom, arzénom a iných látok. Chelačné činidlá premieňajú tieto jedovaté kovy na biochemicky neškodnú formu, ktorú je telo schopné vylúčiť.

Kontrastné látky

Cheláty gadolínia sa často používajú ako kontrastné látky pri MR vyšetreniach, aj keď bolo takisto pre tento účel skúmané použitie chelátov železa a mangánu.^[4][5]

Priemyselné využitie

Katalyzátory

Homogéne katalyzátory sú poväčšine cheláty. Bežný ligand používaný na výrobu chelátov je zlúčenina BINAP. Chelátové komplexy tejto zlúčeniny s ródiom sa využívajú napríklad pri výrobe syntetického mentolu.

Hnojivá

Cheláty sa takisto používajú ako zložky hnojív na dodanie rôznych stopových prvkov, ako napríklad železo, meď, mangán, zinok. Tieto stopové prvky sú podstatné pre zdravie rastlín, mnohé hnojíva však obsahujú fosforečnany, ktoré by bez chelačného činidla premenili tieto kovové ióny na nerozpustné látky, ktoré pre rastliny nemajú žiadnu výživovú hodnotu. Zväčša sa na udržanie týchto kovových iónov v rozpustnej forme chelátu používa chelačné činidlo EDTA.^[6]

Referencie

Chemický portál

1. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version:  (1994) "chelation". DOI:10.1351/goldbook.
2. 10(r) Weathering [online]. www.physicalgeography.net, [cit. 2024-02-16]. Dostupné online.
3. Archivovaná kópia [online]. [Cit. 2018-12-27]. Dostupné online. Archivované 2011-09-03 z originálu.
4. PAN, Dipanjan; SCHMIEDER, Anne H.; WICKLINE, Samuel A.. Manganese-based MRI contrast agents: past, present and future. Tetrahedron, 2011-11-04, roč. 67, čís. 44, s. 8431–8444. PMID: 22043109 PMCID: PMC3203535. Dostupné online [cit. 2024-02-16]. ISSN 0040-4020. DOI: 10.1016/j.tet.2011.07.076.
5. CARAVAN, P.; ELLISON, J. J.; MCMURRY, T. J.. Gadolinium(III) Chelates as MRI Contrast Agents: Structure, Dynamics, and Applications. Chemical Reviews, 1999-09-08, roč. 99, čís. 9, s. 2293–2352. PMID: 11749483. Dostupné online [cit. 2024-02-16]. ISSN 1520-6890. DOI: 10.1021/cr980440x.
6. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. [s.l.] : Wiley, 2003-03-11. (1.) DOI: 10.1002/14356007. Dostupné online. ISBN 978-3-527-30385-4. DOI:10.1002/14356007.a10_095.pub2 (po anglicky)