Chelatierte Formen anorganischer Mineralien sind biologisch aktiven Substanzen sehr ähnlich. Diese Eigenschaft wird in der Landwirtschaft zur Herstellung von Düngemitteln und wertvollen Nahrungsergänzungsmitteln für Haustiere genutzt. In der Medizin werden solche Verbindungen als Gegenmittel und Nahrungsergänzungsmittel eingesetzt.
Was bedeutet "chelierte Form"?
Chelate sind Komplexe, die als Ergebnis der Wechselwirkung von positiv geladenen Metallionen (dem Zentralatom des Komplexbildners) mit Liganden entstehen, die mit verschiedenen Arten von Biomolekülen chemische Verbindungen eingehen. Einfach ausgedrückt sind Chelate eine Kombination aus einem Mineral und einer komplexen organischen Verbindung. Zu den Liganden zählen Aminosäuren, Peptide, Proteine, Purine, Porphyrine, Makrolide sowie deren synthetische Analoga (Kronenether, Kryptanden).
Chelatierende Liganden müssen mehr als 2 funktionelle Gruppen haben, die in der Lage sind, kovalente Bindungen und eine Ringstruktur mit dem Metall einzugehen. Das Wort „Chelat“kommt vom lateinischen chela („Klaue“). Äußerlich ähnelt die Form dieser chemischen Verbindungen den Krallen einer Krabbe, die ein Mineral hält.
In der Natur der HellsteVertreter dieser Art von Porphyrin-basierten Verbindungen sind menschliches Hämoglobin, wobei Fe (Eisenchelat) und Chlorophyll (Magnesiumchelat) als Zentrum des Komplexbildners fungieren. Moderne biochemische Technologien ermöglichen die Gewinnung verschiedener Formen solcher Substanzen.
Beispiele
Es gibt 3 Gruppen von Chelatformen (je nach Ladungsverhältnis von Ligand und Metallion).
- Kationisch. Die häufigsten Vertreter sind Verbindungen von Polyaminen mit Metallionen. Der Liganden ist in diesem Fall neutral, die Gesamtladung der Verbindung wird also durch das Zentralion bestimmt.
- Anionisch. Typische anionische Chelate sind Komplexe auf Basis von Ethylendiaminotetraessigsäure (EDTA).
- Neutral (Verbindungen innerhalb des Komplexes). Die zentrale positive Ladung wird durch Hinzufügen einer gleichen Anzahl von negativ geladenen Liganden neutralisiert, wodurch ein „inneres Salz“entsteht.
Viele Metalle bilden stabile Chelate, die sich zu makromolekularen Substanzen verbinden können. Dieser Effekt wird auf die Synthese von mehrkomponentigen hochdispersen Oxidmaterialien angewendet, die zur Herstellung von Dielektrika, Hochtemperatur-Supraleitern und Beschichtungen verwendet werden.
Biologische Eigenschaften
Chelatierte Mineralien sind Substanzen, die eine Reihe wertvoller Eigenschaften haben, wie zum Beispiel:
- Hohe Beständigkeit gegen verschiedene Säuren der Umgebung und unter dem Einfluss von Mikroorganismen.
- Gute Adsorption und Löslichkeit in Wasser.
- Biologische Aktivität von Metallen, ungewöhnlich für sie im Freistaat.
- Weniger Toxizität im Vergleich zu anderen Formen von Verbindungen.
- Hohe Bioverfügbarkeit, d.h. gute Verdaulichkeit für Pflanzen und Tiere.
- Kein unlösliches Sediment.
Mineralien werden hauptsächlich im Dünndarm resorbiert, und die stabilere Chelatform schützt sie vor der Zerstörung durch Salzsäure im Magen. Diese Eigenschaft wird in der Medizin und Tierh altung genutzt, um Mikronährstoffmängel auszugleichen.
Produktion
Chelatierte Formen von Verbindungen werden durch Chelatbildung (oder Chelatbildung) erh alten. Dieser Begriff ist in der chemischen Wissenschaft nicht allgemein anerkannt. Die einfachste Methode ist das Mischen von Lösungen von Metallsalzen mit Chelatbildnern. Als letztere organische Substanzen wie:
- Nitrilotriessigsäure, Ethylendiamintetraessigsäure und Ethylenglycoltetraessigsäure;
- Tris(carboxymethyl)ethylendiamin;
- Hydroxyethylidendiphosphonsäure;
- Lysin;
- Methionin und andere.
Aminosäuren und kleine Peptide werden unter dem Einfluss von Enzymen im Labor hergestellt. Bei der Umsetzung des Chelat-Prozesses werden folgende Parameter berücksichtigt:
- Säure der Umgebung (ggf. Alkali zugeben);
- Temperatur;
- Stoffverhältnis;
- Aminosäurelöslichkeit.
Der ausgefallene Chelatkomplex wird in destilliertem Wasser gewaschen und anschließend getrocknet.
Agronomische Anwendungen
Chelatisierte Düngemittel haben folgende Vorteile:
- Enge Affinität zu biologischen Strukturen, wodurch Substanzen leicht in pflanzliche Zellmembranen eindringen.
- Verbesserte Löslichkeit.
- Weniger Verbrauch von Chelatdünger im Vergleich zu konventionellen Salzen.
- Möglichkeit der Wurzel- und Blattfütterung.
- Erhöht die Samenkeimung.
- Geringe Phytotoxizität.
- Stabilität bei verschiedenen Säuregraden des Bodens.
- Gute Kompatibilität mit anderen Chemikalien, Pestiziden.
Chelatisiertes Eisen ist von größter Bedeutung, da dieses Element in Pflanzengeweben in größeren Mengen vorkommt als andere Metalle. Sein Mangel führt zur Entwicklung vieler Krankheiten, einschließlich Chlorose. Es werden auch andere Chelate verwendet - Kupfer, Zink, Bor, die das Pflanzenwachstum und die Bildung von Eierstöcken stimulieren. In den frühen Stadien der Vegetationsperiode ist es ratsam, mit chelatiertem Calcium zu füttern, das die Entwicklung des Wurzelsystems fördert.
Verwendung durch Tiere
Chelatierte Formen von Mikroelementen werden verwendet, um die Ernährung aller Arten von Nutztieren und Vögeln zu verstärken. Diese Stoffe können in geringen Konzentrationen bis zu 40 % der anorganischen Mineralien ersetzen und haben folgende Wirkung:
- immun stärkenStärke während Krankheit, Schwangerschaft von Frauen oder unter ungünstigen Bedingungen;
- Verbesserung der Fortpflanzungsfunktion;
- Abnahme der Anzahl somatischer Zellen in der Milch, was ihre Qualität verbessert (thermische Stabilität und andere technologische Eigenschaften);
- Wachstumsbeschleunigung bei Jungtieren.
Chelatisiertes Eisen kann im Gegensatz zu seinem Sulfat leicht die Plazentaschranke überwinden. Studien haben gezeigt, dass die Zugabe dieses Vitamins zur Ernährung von Sauen die spätere Geburt von Ferkeln mit hohem Gewicht fördert und verhindert, dass sie einen Eisenmangel entwickeln.
Als Ergebnis der Verwendung von Magnesiumchelat kommt es zu einer Verbesserung der Qualität von Tierkadavern, einer Abnahme des Körperfetts. Kupfer- und Manganverbindungen helfen, Knochenchondromatose und Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Geflügel vorzubeugen.
Drogen
In der Medizin werden Chelatformen von Verbindungen für folgende Zwecke verwendet:
- Antidote bei akuten und chronischen Vergiftungen mit Schwermetallen und anderen Giften ("Unithiol", "Tetacin-Calcium"). Schadstoffe werden bei der Einnahme in geschlossenen chelatartigen Komplexen gebunden.
- Antineoplastische Medikamente ("Cisplatin" und andere). Medikamente dringen in die Kerne betroffener Zellen ein, bilden eine stabile Verbindung mit der DNA, die sie daran hindert, sich selbst zu reproduzieren.
- Vitaminpräparate (meistens chelatisiertes Calcium und Eisen).
Im Gegensatz zu freien Metallionen bilden sich diese Substanzen nichtVerbindungen mit anderen chemischen Elementen im Magen und Darm, damit sie vom menschlichen Körper besser aufgenommen werden. In dieser Hinsicht ist es auf Basis von Chelaten möglich, Arzneimittel und Nahrungsergänzungsmittel einer neuen Generation zu schaffen.
