킬레이트

Chelation
이 기사는 일반적으로 격리된 에이전트에 관한 것이다.식품 가공에 사용되는 화학물질은 격리제를 참조하십시오.

킬레이션은 이온과 분자가 금속 이온에 결합하는 형태이다.폴리덴테이트(다중 결합) 배위자와 단일 중심 금속 [1][2]원자 사이에 2개 이상의 별도 좌표 결합이 형성 또는 존재하는 것을 포함한다.이러한 배위자는 킬란트, 킬레이트, 킬레이트제 또는 격리제라고 불립니다.그것들은 보통 유기 화합물이지만, 아연의 경우나 윌슨병 [3]환자의 구리의 흡수를 막기 위한 유지 치료법으로서 아연을 사용하는 경우처럼 꼭 필요한 것은 아니다.

킬레이션은 영양 보충제 제공, 독성 금속을 몸에서 제거하기 위한 킬레이션 요법, MRI 스캔의 조영제, 균질 촉매를 사용한 제조, 금속 제거에 도움이 되는 화학수 처리 및 비료에 유용합니다.

킬레이트 효과

에틸렌디아미네리간드 킬레이트하여 2결합 금속으로 한다.
비첼화 메틸아민(왼쪽) 및 킬레이트 에틸렌디아민(오른쪽) 리간드를 가진 쿠콤플렉스2+

킬레이트 효과는 금속 이온에 대한 킬레이트 배위자의 친화력이 동일한 금속에 대한 유사한 비첼레이트(단일산염) 배위자의 친화력보다 높다.

킬레이트 효과를 뒷받침하는 열역학적 원리는 구리의 대조적인 친화력으로 설명된다.II) 에틸렌디아민(en) 대 메틸아민의 경우.

Cu2+ + en [ [ Cu ( 2+en ) ]

(1)

Cu2+ + 2 MeNH2 [ [ Cu ( MeNH2 22+) ]

(2)

(1) 에틸렌디아민은 구리이온과 킬레이트 착체를 형성한다.킬레이션은 5원짜리 CuCN22 고리를 형성한다.(2)에서 2등 배위자는 공여력이 거의 동일한 2개의 단치산 메틸아민 배위자로 치환되어 Cu-N 결합이 두 반응에서 거의 동일함을 나타낸다.

킬레이트 효과를 설명하는 열역학적 접근방식은 반응에 대한 평형 상수를 고려합니다. 평형 상수가 클수록 복합체의 농도가 높아집니다.

[Cu(en)] = β11[Cu][en]

(3)

[Cu(MeNH2)]2 = β12[Cu] [MeNH2]2

(4)

표기법의 단순화를 위해 전하가 생략되었다.각 괄호는 농도를 나타내고 안정성 상수인 β의 첨자는 복합체의 화학측정학을 나타낸다.메틸아민의 분석농도가 에틸렌디아민의 2배이고 구리의 농도가 같을 경우 β β이기12 때문에11 [Cu(en)]의 농도가 [Cu(MeNH2)]2의 농도보다 훨씬 높다.

평형 상수 K는 표준 Gibbs 자유 에너지 Gδ \ G}}와 다음과 같이 관련된다.

여기서 R은 기체 상수이고 T는 켈빈 단위의 온도이다. {\ { \ \ { \ominus } } S{\ \ \ { \ominus } is the change change change change change change change change change change change change change 엔트로피 변화이다.

엔탈피는 두 반응에 대해 거의 동일해야 하므로, 두 안정성 상수의 차이는 엔트로피의 영향 때문이다.식 (1)에서는 왼쪽과 오른쪽에 입자가 2개, 식 (2)에서는 왼쪽과 오른쪽에 입자가 1개 있습니다.이 차이는 킬레이트 복합체가 이중배위자로 형성될 때 단일배위자를 가진 복합체가 형성될 때보다 무질서의 엔트로피가 감소한다는 것을 의미한다.이것은 엔트로피 차이에 기여하는 요인 중 하나입니다.다른 요인으로는 용매화 변화 및 링 형성이 있습니다.효과를 설명하기 위한 몇 가지 실험 데이터가 다음 [4]표에 나와 있습니다.

평형 로그β
Cu2+ + 2 MeNH2 † Cu(MeNH2)22+ 6.55 −37.4 −57.3 19.9
Cu2+ + en cu Cu(en)2+ 10.62 −60.67 −56.48 −4.19

이러한 데이터를 통해 엔탈피 변화가 두 반응에 대해 거의 동일하며 킬레이트 복합체의 안정성이 더 높은 주된 이유는 엔트로피 항이므로 훨씬 덜 바람직하다는 것을 확인할 수 있다.일반적으로 분자 수준에서 용액의 변화 측면에서 열역학 값을 정확하게 설명하기는 어렵지만 킬레이트 효과가 주로 엔트로피의 영향인 것은 분명하다.

슈바르첸바흐를 [5]포함한 다른 설명은 그린우드와 언쇼(loc.cit)에서 논의된다.

자연에서

수많은 생체 분자들이 특정 금속 양이온을 녹이는 능력을 보인다.따라서, 단백질, 다당류, 그리고 폴리뉴클릭산은 많은 금속 이온에 대한 뛰어난 다치산 배위자이다.아미노산 글루탐산 및 히스티딘과 같은 유기 화합물, 말산염과 같은 유기 디아산 및 피토헬라틴과 같은 폴리펩타이드도 대표적인 킬레이트이다.이러한 우발 킬레이트 외에도, 특정 금속을 결합하기 위해 여러 생체 분자가 특별히 생산됩니다(다음 섹션 [6][7][8][9]참조).

생화학 및 미생물학 분야

사실상 모든 금속 효소는 킬레이트된 금속을 특징으로 하며, 보통 펩타이드 또는 보조인자 및 보철물 [9]그룹에 사용됩니다.이러한 킬레이트제에는 헤모글로빈 및 클로로필 중 포르피린 고리가 포함된다.많은 미생물 종들은 킬레이트제 역할을 하는 수용성 색소를 생산하는데, 이것은 시데로포어라고 불립니다.예를 들어, Pseudomonas의 종은 철을 결합하는 Pyochelin과 Pyoverdine을 분비하는 것으로 알려져 있습니다.대장균에 의해 생성되는 엔테로박틴은 알려진 것 중 가장 강한 킬레이트제이다.해양 홍합은 특히 금속 킬레이트법을 사용한다.홍합 족부 단백질-1의 도파 잔류물과 함께 Fe 킬레이트하여 표면에 [10][11][12]고정하기 위해 사용하는 실의 강도를 향상시킵니다3+.

지질학에서

지구과학에서 화학적 풍화는 광물 및 [13]암석으로부터 금속 이온을 추출하는 유기 킬레이트제(예: 펩타이드 및 설탕)에 기인한다.환경과 자연에서 대부분의 금속 복합체는 킬레이트 고리의 어떤 형태로든 결합되어 있다(예: 후민산 또는 단백질).따라서 금속 킬레이트는 토양에서 금속의 이동, 금속의 흡수 및 식물과 미생물에의 축적과 관련이 있다.중금속의 선택적 킬레이션은 생물적 개선(예를 들어 방사성 [14]폐기물에서 Cs 제거)과 관련이 있다.

의료 응용 프로그램

영양제

1960년대에 과학자들은 동물에게 원소를 공급하기 전에 금속 이온을 킬레이트하는 개념을 개발했다.그들은 이것이 중성 화합물을 만들어, 위 속의 불용성 소금과 복합되는 것을 막아 금속을 흡수할 수 없게 할 것이라고 믿었다.효과적인 금속 결합제인 아미노산이 잠재적 배위자로 선택되었으며, 금속-아미노산 조합에 대한 연구가 수행되었다.연구는 금속-아미노산 킬레이트가 미네랄 [citation needed]흡수를 향상시킬 수 있다는 것을 뒷받침했다.

이 기간 동안 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)과 같은 합성 킬레이트가 개발되었습니다.이것들은 동일한 킬레이트 개념을 적용했고 킬레이트 화합물을 생성했다; 그러나 이러한 합성물은 너무 안정적이고 영양학적으로 생존성이 없다.EDTA 리간드에서 미네랄을 추출하면 리간드는 체내에서 사용할 수 없어 배출됩니다.배출 과정에서 EDTA 배위자는 무작위로 킬레이트되어 [15]체내에서 다른 미네랄을 제거했다.

미국사료관리자협회(AAFCO)에 따르면 금속-아미노산 킬레이트는 용해성 금속염과 아미노산의 금속이온이 반응하여 생성된 제품으로 정의되며,[citation needed] 금속 1몰에 대한 아미노산 몰비는 1-3몰(가능하면 2) 몰이다.가수분해 아미노산의 평균 중량은 약 150이어야 하며 킬레이트 분자량은 800Da를 [citation needed]초과해서는 안 된다.

이러한 화합물의 초기 개발 이후, 훨씬 더 많은 연구가 이루어졌고, 기술을 개척한 동물 영양 실험과 유사한 방식으로 인간의 영양 제품에 적용되었다.비스글리신산철은 인간의 [16]영양을 위해 개발된 이러한 화합물 중 하나이다.

치과 및 구강 적용

상아질 접착제는 1950년대에 치아 표면에 칼슘이 함유된 코모노머 킬레이트를 기반으로 처음 설계 및 생산되었으며 매우 약한 내수성 화학 결합(2-3MPa)[17]을 생성했습니다.

중금속 해독

주요 기사:킬레이트 요법

킬레이트 요법은 수은, 비소, 납에 의한 중독에 대한 해독제이다.킬레이트제는 이러한 금속 이온을 화학 및 생화학적으로 불활성 형태로 변환하여 배설할 수 있습니다.칼슘 이나트륨 EDTA를 사용한 킬레이션은 미국 식품의약국(FDA)에 의해 심각한 납 중독 사례에 대해 승인되었습니다."중금속 독성"[18] 치료에는 승인되지 않았습니다.

심각한 납 중독의 경우 이롭지만, 칼슘 이나트륨 EDTA 대신 이나트륨 EDTA(에데테이트 이나트륨)를 사용하면 저칼슘혈증으로 [19]인한 사망을 초래했다.디나트륨 EDTA는 FDA에 의해 어떤 [18]용도로도 승인되지 않았으며, FDA가 승인한 킬레이트 치료제 제품에는 모두 [20]처방이 필요합니다.

제약

가돌리늄의 킬레이트 복합체는 MRI 스캔에서 조영제로 자주 사용되지만, 철 입자 및 망간 킬레이트 복합체도 [21][22]연구되었습니다.지르코늄, 갈륨, 불소, 구리, 이트륨, 브롬 또는 요오드의 2관능성 킬레이트 복합체는 항체 기반의 PET [23]이미징에 사용되는 모노클로널 항체와의 결합에 자주 사용된다.Meijs 등에 따르면 이러한 킬레이트 복합체는 종종 desferrioxamine B(DFO)와 같은 헥사덴트산 배위자를 사용하고, 가돌리늄 복합체는 종종 DTPA와 같은 옥타덴트산 배위자를 사용한다.[24][25]금 킬레이트 복합체인 아우라노핀은 류마티스 관절염 치료에 사용되며, 구리의 킬레이트 복합체를 형성하는 페니실라민은 윌슨병 및 낭포뇨증 및 난치성 류마티스 [26][27]관절염 치료에 사용된다.

기타 의료 응용 프로그램

장내 킬레이션은 약물과 금속 이온 사이의 수많은 상호작용의 원인입니다.예를 들어 테트라사이클린 및 퀴놀론 계열의 항생제는 Fe,[28][29] Ca2+, Mg2+ 이온의2+ 킬레이트제이다.

칼슘과 결합하는 EDTA는 종종 밴드 각화증으로 인한 고칼슘혈증을 완화하는데 사용된다.그러면 칼슘이 각막에서 제거되어 환자의 [citation needed]시력이 어느 정도 향상될 수 있습니다.

산업용 및 농업용 응용 프로그램

촉매 작용

균질 촉매는 종종 킬레이트 복합체이다.대표적인 예가 노요리 비대칭 수소화 및 비대칭 이성질화에서 BINAP(이중 포스핀)의 사용이다.후자는 합성(–-멘톨) 제조를 실용적으로 사용한다.

물의 연화

구연산은 비누나 세탁용 세제의 물을 부드럽게 하기 위해 사용된다.일반적인 합성 킬레이터는 EDTA이다.포스포네이트는 또한 잘 알려진 킬레이트제이다.킬레이터는 수처리 프로그램, 특히 보일러 수처리 시스템과 같은 증기 엔지니어링에 사용됩니다.킬란트 수처리 시스템.이 처리법은 종종 "연화"라고 언급되지만, 킬레이트화는 물의 미네랄 함량에 거의 영향을 미치지 않으며, 용해시키고 물의 pH를 낮춥니다.

비료

금속 킬레이트 화합물은 미량 영양소를 제공하는 비료의 일반적인 성분이다.이러한 미량 영양소(망간, 철, 아연, 구리)는 식물의 건강을 위해 필요합니다.대부분의 비료에는 킬레이트제가 없을 경우 일반적으로 이러한 금속 이온을 식물에 영양가치가 없는 불용성 고형물로 변환하는 인산염이 포함되어 있습니다.EDTA는 이러한 금속 이온을 수용성 [30]형태로 유지하는 전형적인 킬레이트제입니다.

탈피

다음 항목도 참조하십시오.금속 변환

탈피(또는 탈첼레이션)는 킬레이트제를 미네랄산으로 산성화하여 [31]: 7 침전물을 형성함으로써 회수하는 킬레이트 역공정이다.

어원학

킬레이트라는 단어는 "발톱"을 뜻하는 그리스어 chll,에서 유래되었다; 리간드는 바닷가재의 발톱처럼 중심 원자 주위에 있다.킬레이트라는 용어는 1920년 길버트 T 경에 의해 처음 적용되었다.Morgan과 H. D. K. Drew는 다음과 같이 말했다: "형용사 킬레이트는 바닷가재나 다른 갑각류의 거대한 발톱이나 껍질에서 유래했으며, 두 개의 결합 단위로서 기능하고 복소환 [32]고리를 생성하기 위해 중앙 원자에 결합하는 캘리퍼와 같은 그룹에 제안되었다."

「 」를 참조해 주세요.

  • 킬레이트 요법 – 체내에서 중금속을 제거하는 의료 절차
  • EDDS

레퍼런스

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  2. ^ 그리스어에서 온 라틴어 chela는 발톱을 의미한다.
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외부 링크