ХЕЛАТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. КОМПЛЕКСОНЫ. КОМПЛЕКСОНАТЫ. ХЕЛАТНЫЙ ЭФФЕКТ.

Циклические структуры, которые образуются в результате присоединения иона металла к двум или более донорным атомам, принадлежащим одной молекуле хелатообразующего агента, называются хелатными соединениями. Например, глицинат меди

В них комплексообразователь как бы вдет внутрь лиганда, охвачен связями как клешнями, поэтому они при прочих равных условиях обладают более высокой устойчивостью, чем соединения несодержащие циклов. Наиболее устойчивы циклы, состоящие из пяти или шести звеньев. Это правило впервые сформулировано Л.А.Чугаевым. Разность устойчивости хелатного комплекса и устойчивости его нециклического аналога называют хелатным эффектом. В качестве хелатообразующего агента выступают полидентатные лиганды, которые содержат 2 типа группировок:

группы, способные к образованию ковалентных полярных связей за счет реакций обмена (акцепторы электронных пар) —СН₂СООН, —СН₂ РО(ОН)₂, —СН₂SO(OH)₂, —ОН, —NH₂, —NH – кислотные группы (центры);

группы – доноры электронных пар: – N, NH, C=O, – S –, ^— Р, –ОН^-
- основные группы (центры)

Если такие лиганды насыщают внутреннюю координационную сферу комплекса и полностью нейтрализуют заряд иона металла,то соединения называют внутрикомплексными. Например, глицинат меди.

Большая группа органических веществ, содержащих в молекуле основные и кислотные центры, называется комплексонами. Это многоосновные кислоты. Хелатные соединения, образуемые комплексонами при взаимодействии с ионами металлов, называют комплексонатами, например, комплексонат магния с этилендиаминтетрауксусной кислотой - [ Mg(OOCCH₂)₂NCH₂CH₂N(CH₂ СОО)₂ ] ^2—

Комплексоны и комплексонаты являются простой моделью более сложных соединений живых организмов: аминокислот, полипептидов, белков, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов и многих других эндогенных соединений.

В настоящее время выпускается огромный ассортимент синтетических комплексонов с различными функциональными группами. Формулы основных комплексонов представлены ниже:

гидроксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ)

Комплексоны, при определенных условиях,могут предоставлять неподеленные электронные пары (несколько) для образования координационной связи с ионом металла (s–,p– или d–элемента). В результате образуются устойчивые соединения хелатного типа с 4–, 5–, 6–, или 8–членными циклами. Реакция протекает в широком интервале рН. В зависимости от рН,природы комплексообразователя, соотношения его с лигандом образуются комплексонаты различной прочности и растворимости. Химизм образования комплексонатов можно представить уравнениями на примере натриевой соли ЭДТА (Nа₂Н₂Y), который в водном растворе диссоциирует:

Na₂ Н₂ Y 2Na⁺ + Н₂Y^2—

и комплекс (Н ₂Y ^2—) взаимодействует с ионами металлов

Из уравнений следует, что независимо от степени окисления катиона металла, с одной молекулой комплексона взаимодействует чаще всего ион металла (I:I). Реакция протекает количественно (Кр > 10 ⁹).

Комплексоны и комплексонаты проявляют в широком интервале рН кислотные и основные свойства, способность участвовать в реакциях окисления–восстановления, комплексообразования, образуют соединения с разнообразными свойствами в зависимости от степени окисления металла, его координационной насыщенности, обладают электрофильными и нуклеофильными свойствами. Все это определяет полифункциональность комплексонатов, а также их интересную и уникальную способность субстехиометрического действия, т.е. способность связывать огромное число частиц, что позволяет малым количеством реагента решать большие и разнообразные задачи. Другое неоспоримое достоинство комплексонов и комплексонатов это малая токсичность и способность превращать токсичные частицы в малотоксичные или даже нетоксичные, продукты разрушения комплексонатов не накапливаются в организме и безвредны. Третья особенность комплексонатов - это возможность их использования как источника микроэлементов. повышенная усвояемость, обусловлена тем, что микроэлемент вводится в биологически активной форме и обладает высокой мембранопроницаемостью.