螯合物又稱內(nèi)絡(luò)合物,是螯合物形成體(中心離子)和某些合乎一定條件的螯合劑(配位體)配合而成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物!膀稀奔闯森h(huán)的意思,猶如螃蟹的兩個(gè)螯把形成體(中心離子)鉗住似的,故叫螯合物。
形成螯合物的第一個(gè)條件是螯合劑必須有兩個(gè)或兩個(gè)以上都能給出電子對(duì)的配位原子(主要是N,O,S等原子)。第二個(gè)條件是每?jī)蓚(gè)能給出電子對(duì)的配位原子,必須隔著兩個(gè)或三個(gè)其他原子,因?yàn)橹挥羞@樣,才可以形成穩(wěn)定的五原子環(huán)或六原子環(huán)。例如,在氨基乙酸根離子(H2N-CH2-COO-)中,給出電子的羥基氧和氨基氮之間,隔著兩個(gè)碳原子,因此它可以形成穩(wěn)定的具有五原子環(huán)的化合物。
四原子環(huán)在螯合物中是不常見(jiàn)的,六原子以上的環(huán)也是比較少的。中心離子有一定的電荷數(shù),同時(shí)也有一定的配位數(shù)。Cu(Ⅱ)帶有二個(gè)正電荷,它的配位數(shù)為4。氨基乙酸根離子(H2N-CH2-COO-)既有氨基氮,都能給出電子對(duì);氨基氮能滿足中心離子的配位數(shù),羥基氧則能使配位數(shù)和電荷數(shù)同時(shí)得到滿足,因此Cu 2+和兩個(gè)(H2N-CH2-COO-)螯合后,得到的是中性分子二氨基乙酸合銅(Ⅱ)(簡(jiǎn)稱氨基乙酸酮)[Cu(H2N-CH2-COO)2]由于羥基氧帶有負(fù)電荷,故它與Cu 2+形成的配鍵通常用“-”表示。
螯合物的特殊穩(wěn)定性是環(huán)形結(jié)構(gòu)帶給它們的特征之一。環(huán)愈多使螯合物愈穩(wěn)定。通常所說(shuō)的“螯合反應(yīng)”就是指由于螯合而使化合物具有特殊的穩(wěn)定性。
由于螯合物的特殊穩(wěn)定性,已很少能反映金屬離子在未螯合前的性質(zhì)。金屬離子在形成螯合物后,在顏色、氧化還原穩(wěn)定性、溶解度及晶形等性質(zhì)發(fā)生了巨大的變化。很多金屬螯合物具有特征性的顏色,而且這些螯合物可以溶解于有機(jī)溶劑中。利用這些特點(diǎn),可以進(jìn)行沉淀、溶劑萃取分離、比色定量等分析分離工作。
常用的螯合劑是氨螯合劑,是一類似以氨基二乙酸[HN(CH2COOH)2]為基體的螯合劑,它以N,O為螯合原子,與金屬離子螯合時(shí)形成環(huán)狀的螯合物
常用的氨羧螯合劑有:
氨羧螯合劑Ⅰ(ATA)指的是氨三乙酸,它的結(jié)構(gòu)是:
氨羧螯合劑Ⅱ(EDTA)指的是乙二胺四乙酸。它的結(jié)構(gòu)是:
乙二胺四乙酸是四元酸,如果用Y表示它的酸根,則乙二胺四乙酸可以簡(jiǎn)寫(xiě)成H4Y。
由于乙二胺四乙酸在水中的溶解度比較小,而其二鈉鹽在水中的溶解度卻比較大。因些在實(shí)際應(yīng)用中人們常采用EDTA二鈉鹽。EDTA二鈉鹽含有2分子結(jié)晶水,它的結(jié)構(gòu)是:
EDTA二鈉鹽有時(shí)也叫做EDTAⅢ。但習(xí)慣上仍把它叫做EDTA。用簡(jiǎn)式Na2H2Y·2H2O表示它。
EDTA是四元酸,它在水中是分步離解的:
除堿金屬離子外,EDTA幾乎能與所有的金屬離子形成穩(wěn)定的金屬螯合物。并且,在一般情況下,不論金屬離子是幾價(jià),1個(gè)金屬離子都能與1個(gè)EDTA酸根(Y4-)形成可溶性的穩(wěn)定螯合物。例如:
式中M表示金屬離子,右上角的數(shù)字和符號(hào)表示離子的離子價(jià)。
雖然,除堿金屬離子外,各金屬離子大多數(shù)能與EDTA形成螯合物,但它們的穩(wěn)定性差別很大。
EDTA是應(yīng)用最廣的一種氨羧螯合劑,用EDTA標(biāo)準(zhǔn)液可以滴定幾十種金屬離子,這個(gè)方法就稱EDTA滴定法。目前所謂螯合滴定法主要是指EDTA滴定。
螯合物在自然界存在得比較廣泛,并且對(duì)生命現(xiàn)象有著重要的作用。例如,血紅素就是一種含鐵的螯合物,它在人體內(nèi)起著送氧的作用。
維生素B12是含鈷的螯合物,對(duì)惡性貧血有防治作用。胰島素是含鋅的螯合物,對(duì)調(diào)節(jié)體內(nèi)的物質(zhì)代謝(尤其是糖類代謝)有重要作用。有些螯合劑可用作重金屬(Pb2+,Pt2+,Cd2+,Hg2+)中毒的解毒劑。如二巰基丙醇或EDTA二鈉鹽等可治療金屬中毒。因?yàn)樗鼈兡芎陀卸窘饘匐x子形成穩(wěn)定的螯合物,水溶性螯合物可以從腎臟排出。
有些藥物本身就是螯合物。例如,有些用于治療疾病的某些金屬離子,zxtf.net.cn因其毒性,刺激性、難吸收性等不適合臨床應(yīng)用,將它們變成螯合物后就可以降低其毒性和刺激性,幫助吸收。
另外在生化檢驗(yàn)、藥物分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面也經(jīng)常用到螯合物。