Kelateringsmedel är kemikalier eller kemiska föreningar som reagerar med tungmetaller, omarrangerar deras kemiska sammansättning och förbättrar deras allmänna stabilitet och sannolikheten för bindning med andra metaller, näringsämnen eller ämnen. När detta händer kallas metallen som finns kvar som ett ”kelat”, ett ord som kommer från grekiskan chela, som betyder klo. Dessa typer av medel finns i naturen och är en viktig del av många biologiska processer. De hjälper till att transportera näringsämnen genom till exempel växter och hjälper till med matsmältningen hos människor och många djur. På många ställen är de också skapade syntetiskt och har ett antal viktiga användningsområden inom både industri och medicin. Den här typen av medel kan vara mycket användbara när tungmetalljoner behöver brytas ned, isoleras eller flyttas.
Hur de arbetar
Kemin bakom hur dessa medel fungerar tenderar att vara något komplex, men för att uttrycka det enkelt binder de till metalljoner på ett sådant sätt att de omorganiserar deras kärnstruktur och kemiska sammansättning. De flesta metaller har kemiska strukturer som mest liknar kedjor, men kelatbildande medel förenar ändarna för att bilda en ring, känd som en ligand. Denna ringstruktur gör jonerna mer stabila och hjälper dem att röra sig med större lätthet genom en rad olika miljöer.
Etylendiamin är ett av de vanligaste kelatbildande medlen och är ett bra exempel på hur dessa ämnen fungerar. Den har en kemisk struktur av C2H8N2. Det är kemiskt känt som ett multidentat medel, eller mer specifikt en bidentat ligand, vilket betyder att det kan bilda två bindningar – varje kväveatom kan binda till samma metalljon. Beroende på hur många bindningar metalljonen kan acceptera, kan jonen bilda ett kelat med en, två eller tre etylendiaminmolekyler. Ju fler bindningar det finns, desto starkare och stabilare är troligen kelatet.
Roll i naturen
Naturligt förekommande kelater är nödvändiga för många livsuppehållande processer, och de kan inte bildas utan medel som kan hjälpa deras omvandling. Vitamin B12-koboltkomplexet är ett exempel. Det är ett kostbehov för människor och de flesta djur, men i de flesta fall kan det inte smältas eller absorberas ordentligt förrän det har bildat en ligand med ett av de många kelatbildande ämnena i kroppen. Hemoglobin-järnkomplexet transporterar syre genom blodet efter kelering, och på samma sätt är klorofyll-magnesiumkomplexet en kritisk komponent i fotosyntesen i växter. Om kelatbildande medel inte var på jobbet skulle dessa processer vara långsammare och kanske inte ens hända alls.
Användning inom industrin
Medel används vanligtvis inom industriell tillverkning som tvättmedelstillsatser, stabiliseringsmedel, konserveringsmedel och arom- och färghållare. Etylendiamintetraättiksyra (EDTA) är en av de mest populära. Det är vad som är känt som ett ”kvadridentat” eller ”hexadentat” medel som kan bilda antingen fyra eller sex bindningar med metalljoner. EDTA används i stor utsträckning för att förbättra rengöringsförmågan hos tvättmedel och tvål genom att bilda kelater med magnesium- och kalciummetallerna i hårt vatten. Dessa medel används också som färghållare för textilfärger.
EDTA används också på många ställen som livsmedelstillsats. Matförstöring katalyseras vanligtvis av enzymer som kräver vissa övergångsmetaller för att fungera, men EDTA inaktiverar de fördärvningsenzymer som annars skulle få maten att härskna. Det inaktiverar också enzymerna som gör att mat tappar färg eller smak.
Betydelse för medicin
Dessa medel är viktiga för många medicinska behandlingar och tester. De kan användas för att isolera och flytta kalciumjoner ur blodet, vilket hjälper till att bevara blodet under till exempel operationer eller operationer, och de är också en viktig del av många blyförgiftnings- och andra metallförgiftningsbehandlingar. När medel kommer in i blodomloppet kan de rikta in sig på fria metalljoner och kelera dem och sedan ta bort dem från blodomloppet, ofta genom att spola ut dem i urinen. Dimercaprol är ett av de vanligaste exemplen. Det tar bort tungmetallgifter, såsom antimon, kvicksilver och arsenik, genom att bilda svavelbindningar till metalljonerna.