Этилендиаминтетрауксусной кислоты - Ethylenediaminetetraacetic acid
Имена | |
---|---|
Предпочтительное название IUPAC
2,2 ', 2' ', 2' '' - (этан-1,2-дилдинитрило) тетрауксусная кислота |
|
Другие имена
|
|
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol )
|
|
Сокращения | ЭДТА, H 4 ЭДТА |
1716295 | |
ЧЭБИ | |
ЧЭМБЛ | |
ChemSpider | |
DrugBank | |
ECHA InfoCard | 100.000.409 |
Номер ЕС | |
144943 | |
КЕГГ | |
MeSH | Эдетик + Кислота |
PubChem CID
|
|
Номер RTECS | |
UNII | |
Номер ООН | 3077 |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
Характеристики | |
C 10 H 16 N 2 O 8 | |
Молярная масса | 292,244 г · моль -1 |
Появление | Бесцветные кристаллы |
Плотность | 0,860 г см −3 (при 20 ° C) |
журнал P | -0,836 |
Кислотность (p K a ) | 2,0, 2,7, 6,16, 10,26 |
Термохимия | |
Std энтальпия
формации (Δ F H ⦵ 298 ) |
От -1765,4 до -1758,0 кДж моль -1 |
Std энтальпии
сгорания (Δ с Н ⦵ 298 ) |
От -4461,7 до -4454,5 кДж моль -1 |
Фармакология | |
S01XA05 ( ВОЗ ) V03AB03 ( ВОЗ ) (соль) | |
Опасности | |
Пиктограммы GHS | |
Сигнальное слово GHS | Предупреждение |
H319 | |
P305 + 351 + 338 | |
NFPA 704 (огненный алмаз) | |
Смертельная доза или концентрация (LD, LC): | |
LD 50 ( средняя доза )
|
1000 мг / кг (перорально, крыса) |
Родственные соединения | |
Родственные алкановые кислоты
|
|
Родственные соединения
|
|
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Этилендиаминтетрауксусная кислота ( ЭДТА ) представляет собой аминополикарбоновую кислоту с формулой [CH 2 N (CH 2 CO 2 H) 2 ] 2 . Это белое водорастворимое твердое вещество широко используется для связывания ионов железа и кальция. Он связывает эти ионы как гексадентатный (« шестизубый ») хелатирующий агент . ЭДТА производится в виде нескольких солей, в частности, динатриевой соли ЭДТА , натрия кальция эдетата и тетранатрия ЭДТА .
Использует
В промышленности ЭДТА в основном используется для связывания ионов металлов в водном растворе. В текстильной промышленности он предотвращает изменение цвета окрашенных изделий примесями ионов металлов. В целлюлозно-бумажной промышленности , ЭДТ ингибирует способность ионов металлов, в особенности Mn 2+ , из катализировать диспропорционирование из перекиси водорода , который используется в не содержащей хлора отбеливания . Аналогичным образом ЭДТА добавляют в некоторые продукты питания в качестве консерванта или стабилизатора для предотвращения каталитического окислительного обесцвечивания, которое катализируется ионами металлов. В безалкогольных напитках, содержащих аскорбиновую кислоту и бензоат натрия , ЭДТА снижает образование бензола ( канцерогена ).
Снижение жесткости воды в прачечных и растворение накипи в бойлерах основаны на ЭДТА и родственных комплексообразователях, которые связывают Ca 2+ , Mg 2+ , а также ионы других металлов. После связывания с ЭДТА эти комплексы металлов с меньшей вероятностью будут образовывать осадки или мешать действию мыла и детергентов . По тем же причинам чистящие растворы часто содержат ЭДТА. Аналогичным образом EDTA используется в цементной промышленности для определения свободной извести и свободной магнезии в цементе и клинкерах .
Солюбилизации Fe 3+ ионов на уровне или ниже около нейтрального рН может быть осуществлено с использованием ЭДТА. Это свойство полезно в сельском хозяйстве, включая гидропонику. Однако, учитывая зависимость образования лиганда от pH, ЭДТА не помогает улучшить растворимость железа в почвах с нейтральным положением. В противном случае при pH, близком к нейтральному и выше, железо (III) образует нерастворимые соли, которые менее биодоступны для восприимчивых видов растений. Водный [Fe (EDTA)] - используется для удаления («очистки») сероводорода из газовых потоков. Это преобразование достигается за счет окисления сероводорода до элементарной серы, которая является нелетучей:
В этом случае центр железа (III) восстанавливается до производного железа (II), которое затем может быть повторно окислено воздухом. Аналогичным образом оксиды азота удаляются из газовых потоков с использованием [Fe (EDTA)] 2– . В окислительных свойствах [Fe (ЭДТ)] - также использованы в фотографии , где он используется для солюбилизации серебра частиц.
ЭДТА использовали для разделения металлов-лантаноидов с помощью ионообменной хроматографии . Разработано Ф. Х. Спеддингом и др . в 1954 году метод основан на постоянном увеличении константы стабильности комплексов лантаноидов с ЭДТА с атомным номером . Используя шарики сульфированного полистирола и Cu 2+ в качестве удерживающего иона, EDTA заставляет лантаноиды перемещаться вниз по колонке со смолой, разделяясь на полосы чистых лантаноидов. Лантаноиды элюируются в порядке убывания атомного номера. Из-за дороговизны этого метода по сравнению с противоточной экстракцией растворителем ионный обмен в настоящее время используется только для получения лантаноидов наивысшей чистоты (обычно выше 99,99%).
Медицина
Эдетат натрия-кальция , производное ЭДТА, используется для связывания ионов металлов в практике хелатной терапии , например, для лечения отравлений ртутью и свинцом . Аналогичным образом он используется для удаления излишков железа из организма. Эта терапия используется для лечения осложнений повторных переливаний крови , как и при талассемии .
Стоматологи и эндодонты используют растворы ЭДТА для удаления неорганического мусора ( смазанный слой ) и смазывания корневых каналов в эндодонтии. Эта процедура помогает подготовить корневые каналы к обтурации . Кроме того, растворы ЭДТА с добавлением поверхностно-активного вещества разжижают кальцификаты внутри корневого канала и позволяют проводить инструментальную обработку (формирование канала) и облегчают продвижение файла на верхушке узкого или кальцинированного корневого канала к верхушке.
Он служит в качестве консерванта (обычно для усиления действия другого консерванта, такого как бензалкония хлорид или тиомерсал ) в препаратах для глаз и глазных каплях .
При оценке функции почек комплекс хрома (III) [Cr (EDTA)] - (в виде радиоактивного хрома-51 ( 51 Cr)) вводится внутривенно и контролируется его фильтрация в мочу . Этот метод полезен для оценки скорости клубочковой фильтрации (СКФ) в ядерной медицине .
ЭДТА широко используется при анализе крови. Это антикоагулянт для образцов крови для CBC / FBC , где EDTA хелатирует кальций, присутствующий в образце крови, останавливая процесс свертывания и сохраняя морфологию клеток крови. Пробирки, содержащие ЭДТА, имеют верхушку бледно-лилового или розового цвета. ЭДТА также находится в пробирках с коричневым верхом для тестирования на содержание свинца и может использоваться в пробирках с ярко-синим верхом для определения содержания металлов.
ЭДТА представляет собой диспергатор слизи, и было обнаружено, что он очень эффективен в снижении роста бактерий во время имплантации интраокулярных линз (ИОЛ).
Нетрадиционная медицина
Некоторые альтернативные практики считают, что ЭДТА действует как антиоксидант , предотвращая повреждение стенок кровеносных сосудов свободными радикалами , тем самым уменьшая атеросклероз . Эти идеи не подтверждаются научными исследованиями и, похоже, противоречат некоторым принятым в настоящее время принципам. США FDA не одобрило его для лечения атеросклероза.
Косметические средства
В шампунях , чистящих средствах и других продуктах личной гигиены соли ЭДТА используются в качестве связывающего агента для улучшения их устойчивости на воздухе.
Лабораторные приложения
В лаборатории ЭДТА широко используется для улавливания ионов металлов: в биохимии и молекулярной биологии истощение запасов ионов обычно используется для деактивации металл-зависимых ферментов либо в качестве анализа их реакционной способности, либо для подавления повреждения ДНК , белков и полисахаридов . EDTA также действует как селективный ингибитор ферментов, гидролизующих dNTP ( Taq-полимераза , dUTPase , MutT), аргиназы печени и пероксидазы хрена независимо от хелатирования ионов металлов . Эти результаты побуждают переосмыслить использование ЭДТА в качестве биохимически неактивного поглотителя ионов металлов в ферментативных экспериментах. В аналитической химии ЭДТА используется при комплексометрическом титровании и анализе жесткости воды или в качестве маскирующего агента для связывания ионов металлов, которые могут помешать анализу.
ЭДТА находит множество специализированных применений в биомедицинских лабораториях, например, в ветеринарной офтальмологии, в качестве антиколлагеназы для предотвращения обострения язв роговицы у животных . В культуре тканей ЭДТА используется в качестве хелатирующего агента, который связывается с кальцием и предотвращает соединение кадгеринов между клетками, предотвращая слипание клеток, выращенных в жидкой суспензии, или отделяя прилипшие клетки для пассирования . В гистопатологии ЭДТА может использоваться как декальцифицирующий агент, позволяющий вырезать срезы с помощью микротома после деминерализации образца ткани. Известно также, что ЭДТА ингибирует ряд металлопептидаз , метод ингибирования происходит посредством хелатирования иона металла, необходимого для каталитической активности. ЭДТА также можно использовать для проверки биодоступности тяжелых металлов в отложениях . Однако он может влиять на биодоступность металлов в растворе, что может вызывать опасения относительно его воздействия на окружающую среду, особенно с учетом его широкого использования и применения.
EDTA также используется для удаления грязи (корродированных металлов) с топливных стержней в ядерных реакторах.
Побочные эффекты
EDTA проявляет низкую острую токсичность с LD 50 (крыса) от 2,0 г / кг до 2,2 г / кг. Было обнаружено, что он цитотоксичен и слабо генотоксичен для лабораторных животных. Было отмечено, что пероральное воздействие оказывает влияние на репродуктивную функцию и развитие. В том же исследовании было обнаружено, что как воздействие ЭДТА на кожу в большинстве косметических составов, так и ингаляционное воздействие ЭДТА в аэрозольных косметических составах будет вызывать уровни воздействия ниже тех, которые считаются токсичными в исследованиях перорального дозирования.
Синтез
Соединение было впервые описано в 1935 году Фердинандом Мюнцем , который получил соединение из этилендиамина и хлоруксусной кислоты . Сегодня ЭДТА в основном синтезируется из этилендиамина (1,2-диаминоэтана), формальдегида и цианида натрия . Этот путь дает тетранатриевую ЭДТА, которая на следующем этапе превращается в кислотные формы:
- H 2 NCH 2 CH 2 NH 2 + 4 CH 2 O + 4 NaCN + 4 H 2 O → (NaO 2 CCH 2 ) 2 NCH 2 CH 2 N (CH 2 CO 2 Na) 2 + 4 NH 3
- (NaO 2 CCH 2 ) 2 NCH 2 CH 2 N (CH 2 CO 2 Na) 2 + 4 HCl → (HO 2 CCH 2 ) 2 NCH 2 CH 2 N (CH 2 CO 2 H) 2 + 4 NaCl
Этот процесс используется для производства около 80 000 тонн ЭДТА ежегодно. Примеси, образованные этим путем, включают глицин и нитрилотриуксусную кислоту ; они возникают в результате реакции побочного продукта аммиака .
Номенклатура
Чтобы описать ЭДТА и его различные протонированные формы , химики различают ЭДТА 4- , конъюгатное основание, которое является лигандом , и Н 4 ЭДТА, предшественник этого лиганда. При очень низком pH (очень кислых условиях) преобладает полностью протонированная форма H 6 EDTA 2+ , тогда как при очень высоком pH или очень основных условиях преобладает полностью депротонированная форма EDTA 4- . В этой статье термин EDTA используется для обозначения H 4− x EDTA x - , тогда как в его комплексах EDTA 4− обозначает тетраанионный лиганд.
Принципы координационной химии
В координационной химии ЭДТА 4- является членом семейства лигандов аминополикарбоновых кислот . ЭДТА 4– обычно связывается с катионом металла через его два амина и четыре карбоксилата. Многие из полученных координационных соединений принимают октаэдрическую геометрию . Хотя эти октаэдрические комплексы не имеют большого значения для приложений, они хиральны . Кобальта (III) , анион [Со (ЭДТ)] - был решен в энантиомеры . Многие комплексы EDTA 4- принимают более сложные структуры либо из-за образования дополнительной связи с водой, то есть семикоординированных комплексов, либо из-за замещения одного карбоксилатного плеча водой. Железа (III) комплекс ЭДТА составляет семь-координаты. Ранние работы по разработке ЭДТА были предприняты Герольдом Шварценбахом в 1940-х годах. EDTA образует особенно прочные комплексы с Mn (II) , Cu (II) , Fe (III), Pb (II) и Co (III).
Некоторые особенности комплексов ЭДТА имеют отношение к его приложениям. Во-первых, из-за высокой дентальности этот лиганд имеет высокое сродство к катионам металлов:
Записанный таким образом коэффициент равновесия показывает, что ионы металлов конкурируют с протонами за связывание с ЭДТА. Поскольку ионы металлов широко охвачены ЭДТА, их каталитические свойства часто подавляются. Наконец, поскольку комплексы EDTA 4- являются анионными , они обычно хорошо растворяются в воде. По этой причине EDTA может растворять отложения оксидов и карбонатов металлов .
Р К а значения свободного ЭДТА равно 0, 1,5 (депротонирования из двух аминогрупп ), 2, 2,66, 6,16 и 10,24 ( депротонирования из четырех карбоксильных групп ).
Экологическая судьба
Абиотическая деградация
ЭДТА настолько широко используется, что возникли вопросы о том, является ли он стойким органическим загрязнителем . Хотя ЭДТА выполняет множество положительных функций в различных промышленных, фармацевтических и других сферах, долговечность ЭДТА может создавать серьезные проблемы для окружающей среды. Разложение ЭДТА происходит медленно. В основном это происходит абиотически в присутствии солнечного света.
Наиболее важным процессом удаления ЭДТА из поверхностных вод является прямой фотолиз на длинах волн ниже 400 нм. В зависимости от условий освещения период полураспада железа (III) ЭДТА при фотолизе в поверхностных водах может составлять от 11,3 минут до более 100 часов. Разложение FeEDTA, но не самого EDTA, приводит к образованию комплексов железа с триацетатом (ED3A), диацетатом (EDDA) и моноацетатом (EDMA) - 92% EDDA и EDMA биоразлагаются за 20 часов, в то время как ED3A демонстрирует значительно более высокую устойчивость. Многие виды ЭДТА, присутствующие в окружающей среде (такие как Mg 2+ и Ca 2+ ), более стойкие.
Биоразложение
На многих промышленных очистных сооружениях удаление ЭДТА может быть достигнуто примерно на 80% с помощью микроорганизмов . В результате побочными продуктами являются ED3A и иминодиуксусная кислота (IDA), что позволяет предположить, что были атакованы как основная цепь, так и ацетильные группы. Было даже обнаружено, что некоторые микроорганизмы образуют нитраты из ЭДТА, но они оптимально функционируют в умеренно щелочных условиях pH 9,0–9,5.
Некоторые штаммы бактерий, выделенные из очистных сооружений, эффективно разлагают ЭДТА. Конкретные штаммы включают Agrobacterium radiobacter ATCC 55002 и ответвления Proteobacteria, такие как BNC1, BNC2 и штамм DSM 9103. Эти три штамма обладают схожими свойствами аэробного дыхания и классифицируются как грамотрицательные бактерии . В отличие от фотолиза, хелатные частицы не только для железа (III), но и для разложения. Скорее, каждый штамм уникальным образом потребляет различные комплексы металл-ЭДТА через несколько ферментативных путей. Agrobacterium radiobacter разлагает только Fe (III) EDTA, в то время как BNC1 и DSM 9103 не способны разлагать EDTA железа (III) и больше подходят для комплексов кальция , бария , магния и марганца (II) . Комплексы EDTA требуют диссоциации перед разложением.
Альтернативы ЭДТА
Интерес к экологической безопасности вызвал опасения по поводу биоразлагаемости аминополикарбоксилатов, таких как ЭДТА. Эти опасения стимулируют исследования альтернативных аминополикарбоксилатов. Кандидаты в хелатирующие агенты включают нитрилотриуксусную кислоту (NTA), иминодисукциновую кислоту (IDS), полиаспарагиновую кислоту, S, S- этилендиамин- N , N '-дисукциновую кислоту (EDDS), метилглициндиуксусную кислоту (MGDA) и L- глютаминовую кислоту N , N. -диуксусная кислота, тетранатриевая соль (GLDA).
Иминодисукциновая кислота (IDS)
Иминодисукциновая кислота (IDS), коммерчески используемая с 1998 года, разлагается примерно на 80% всего за 7 дней. IDS исключительно хорошо связывается с кальцием и образует стабильные соединения с другими ионами тяжелых металлов. Помимо более низкой токсичности после хелатирования, IDS разлагается Agrobacterium tumefaciens (BY6), которые можно собирать в больших количествах. Участвующие ферменты, IDS-эпимераза и C-N- лиаза , не требуют каких-либо кофакторов .
Полиаспарагиновая кислота
Полиаспарагиновая кислота , как и IDS, связывается с ионами кальция и других тяжелых металлов. Он имеет множество практических применений, включая ингибиторы коррозии, добавки для сточных вод и сельскохозяйственные полимеры. Полиаспарагиновой кислоты на основе стиральный порошок был первый стиральный порошок в мире , чтобы получить цветок экомаркировки ЕС . Способность полиаспарагиновой кислоты связывать кальций использовалась для нацеливания наноносителей, содержащих лекарственные средства, в кости. Приготовление гидрогелей на основе полиаспарагиновой кислоты в различных физических формах, от волокна до частицы , потенциально может обеспечить легкое отделение хелатных ионов из раствора. Таким образом, несмотря на то, что полиаспарагиновая кислота слабее, чем ЭДТА, ее можно рассматривать как жизнеспособную альтернативу благодаря этим свойствам, а также биосовместимости и биоразлагаемости .
S , S- этилендиамин- N , N '-дисукциновая кислота (EDDS)
S , S - изомер ЭДТА, ethylenediamine- N , N -disuccinic кислоты ' (EDDS) легко поддается биологическому разложению и проявляет высокую скорость биодеградации.
Метилглициндиуксусная кислота (MGDA)
Тринатрийдикарбоксиметилаланинат , также известный как метилглициндиуксусная кислота (MGDA), имеет высокую скорость биоразложения - более 68%, но в отличие от многих других хелатирующих агентов может разлагаться без помощи адаптированных бактерий. Кроме того, в отличие от EDDS или IDS, MGDA может выдерживать более высокие температуры, сохраняя при этом высокую стабильность, а также весь диапазон pH. Было показано, что MGDA является эффективным хелатирующим агентом со способностью к мобилизации, сравнимой с таковой нитрилотриуксусной кислоты (NTA), при применении в воде для промышленного использования и для удаления оксалата кальция из мочи пациентов с камнями в почках .
Методы обнаружения и анализа
Самый чувствительный метод обнаружения и измерения ЭДТА в биологических образцах - это выбранная реакция, контролирующая капиллярный электрофорез, масс-спектрометрия (SRM-CE / MS), предел обнаружения которой составляет 7,3 нг / мл в плазме человека и предел количественного определения 15 нг / мл. . Этот метод работает с объемами образцов от 7–8 нл.
ЭДТА также измеряли в безалкогольных напитках с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на уровне 2,0 мкг / мл.
В популярной культуре
- В фильме Blade (1998) EDTA используется как оружие для убийства вампиров, взрывающееся при контакте с кровью вампира.
использованная литература
внешние ссылки
- Merops онлайновой базы данных для пептидазы и их ингибиторов: ЭДТ
- ЭДТА: молекула месяца
- EDTA Определение общей жесткости воды
- Овьедо, Клаудиа; Родригес, Хайме (2003). «ЭДТА: хелатирующий агент под контролем окружающей среды» . Química Nova . 26 (6): 901–905. DOI : 10.1590 / S0100-40422003000600020 .