螯合剂是什么?

螯合剂是一种能与重金属反应,重构化学成分并促进稳定性,甚至与其它金属,营养素或物质绑定的化合物或化学品。螯合剂自然存在,并且是许多生物过程的重要部分。它们能把营养转移给植物,并帮助人和许多动物消化食物。在许多地方,还可以人造生产螯合剂,并且在工业和医学领域有许多重要用途。这类因子在需要分解,隔离或清除重金属离子时非常有用

螯合剂的原理

这些因子的化学原理有些复杂,但基本原理就是绑定金属离子,重构它们的核心结构和化学成分。大多数金属有很接近链的化学结构,但螯合剂加入会形成环,因此也叫做配体。这种环结构使离子更加稳定,并帮助它们在不同环境轻松移动。

乙二胺(Ethylenediamine)是最常见的螯合剂之一,也是这些物质的一个极好实例。它的化学结构是C2H8N2。乙二胺被称为多齿因子或双齿配体,意味着能形成两个键 — 每一个氮原子能绑定相同的金属离子。取决于可以接受的金属键数量,离子能与1,2或3个乙二胺分子形成螯合物。键越多,螯合的越稳定。

在自然界的作用

许多生命维持过程需要自然产生的螯合物,并且它们的形成离不开转化物。维生素B12钴铬化合物就是一个实例。它是人类和大多数动物需要的膳食营养,但大多数情况下不能很好的被消化或吸收,除非与体内的某种螯合剂形成一个配体。血红蛋白-铁复合物在螯合作用后通过血液传输氧气。同样,叶绿素-镁复合物是植物中光合作用的关键要素。这些过程如果没有螯合剂参与会变慢,甚至不可能发生。

工业用途

螯合剂经常被当做去垢添加剂,稳定剂,防腐剂,味道和颜色保持剂用于工业生产。

乙二胺四乙酸(EDTA)是最流行的螯合剂之一,能与金属离子形成四或六个键。EDTA被广泛用于增强去污剂和肥皂的清洁能力,它能与水中的镁和钙金属形成螯合物。这些因子还被用于纺织染料的颜色保持。

乙二胺四乙酸在有些地方还被当做食品添加剂使用。食物腐败变质通常是由酶催化,需要特定的过度金属参与。但EDTA能使破坏性酶失去作用,因此有食品防腐作用。此外,乙二胺四乙酸还能使导致食物失去颜色或味道的酶失活。

在医学领域的重要性

螯合剂在许多医学治疗和试验过程中很重要。它们可用于隔离和清除血液中的钙离子,在手术期间保护血液。一些铅中毒和其它金属中毒治疗也使用螯合剂。在因子进入血流时,它们会锁定游离金属离子,螯合它们,并将它们从血液清除,一般是从尿液排出体外。二巯基丙醇(Dimercaprol)就是一种常见的螯合剂。它能通过给金属离子形成硫键,帮助清除等重金属毒素。