Главная / Наука / Хелатные формы: определение, примеры, применение

Хелатные формы: определение, примеры, применение

Хелатные формы неорганических минералов обладают большим сходством с биологически активными веществами. Это свойство используется в сельском хозяйстве для производства удобрений и ценных пищевых добавок для домашних животных. В медицине такие соединения находят применение в качестве противоядий и БАД.

Что значит «хелатная форма»?

Хелаты представляют собой комплекс, который появляется в результате взаимодействия положительно заряженных ионов металла (центральный атом комплексообразователя) с лигандами, формирующими химические соединения с различными видами биомолекул. Проще говоря, хелаты – это сочетание минерала и сложного органического соединения. К лигандам относятся аминокислоты, пептиды, белки, пурины, порфирины, макролиды, а также их синтетические аналоги (краун-эфиры, криптанды).

У хелатообразующих лигандов должно быть более 2 функциональных групп, способных создавать ковалентные связи и кольцевую структуру с металлом. Слово «хелат» происходит от латинского chela («клешня»). Внешне форма этих химических соединений похожа на клешни краба, удерживающего минерал.

В природе наиболее яркими представителями этого типа соединений на порфириновой основе являются человеческий гемоглобин, где в качестве центра комплексообразователя выступает Fe (хелат железа), и хлорофилл (хелат магния). Современные биохимические технологии позволяют получить различные формы таких веществ.

Примеры

Выделяют 3 группы хелатных форм (в зависимости от соотношения заряда лиганда и иона металла).

  • Катионные. Наиболее распространенные представители – соединения полиаминов с ионами металлов. Лигандирующий агент в этом случае является нейтральным, поэтому общий заряд соединения определяется центральным ионом.
  • Анионные. Типичные анионные хелаты – комплексы на основе этилендиаминотетрауксусной кислоты (ЭДТА).
  • Нейтральные (внутрикомплексные соединения). Центральный положительный заряд нейтрализуется присоединением равного количества отрицательно заряженных лигандов, при этом образуется «внутренняя соль».
  • Многие металлы формируют устойчивые хелаты, которые способны к соединению в высокомолекулярные вещества. Этот эффект применяется для синтеза многокомпонентных высокодисперсных оксидных материалов, используемых для производства диэлектриков, высокотемпературных сверхпроводников и покрытий.

    Биологические свойства

    Минералы в хелатной форме – это вещества, обладающие рядом ценных характеристик, таких как:

    • Высокая устойчивость при различной кислотности среды и под воздействием микроорганизмов.
    • Хорошая адсорбция и растворимость в воде.
    • Биологическая активность металлов, несвойственная им в свободном состоянии.
    • Меньшая токсичность по сравнению с другими формами соединений.
    • Высокая биодоступность, то есть хорошая усвояемость как для растений, так и для животных.
    • Отсутствие нерастворимого осадка.

    Усваивание минералов в основном происходит в тонком кишечнике, а более устойчивая форма хелатных соединений защищает их от разрушения соляной кислотой в желудке. Данное свойство используется в медицине и животноводстве для восполнения дефицита микроэлементов.

    Производство

    Хелатные формы соединений получают при помощи хелации (или хелатирования). Этот термин не является общепризнанным в химической науке. Наиболее простым способом служит перемешивание растворов солей металлов с хелирующими агентами. В качестве последних чаще всего используются такие органические вещества, как:

    • нитрилотриуксусная, этилендиаминтетрауксусная и этиленгликольтетрауксусная кислота;
    • трис (карбоксиметил) этилендиамин;
    • оксиэтилидендифосфоновая кислота;
    • лизин;
    • метионин и другие.

    Аминокислоты и мелкие пептиды приготавливают под воздействием ферментов в лабораторных условиях. При осуществлении процесса хелирования учитывают следующие параметры:

    • кислотность среды (при необходимости добавляют щелочь);
    • температура;
    • соотношение веществ;
    • растворимость аминокислоты.

    Хелатный комплекс в виде осадка промывают в дистиллированной воде, а затем высушивают.

    Применение в агрономии

    Хелатные удобрения обладают следующими преимуществами:

    • Близкое сродство с биологическими структурами, благодаря чему вещества легко проникают через клеточные мембраны растений.
    • Улучшенная растворимость.
    • Меньший расход хелатных удобрений по сравнению с обычными солями.
    • Возможность как корневой, так и внекорневой подкормки.
    • Повышение всхожести семян.
    • Низкая фитотоксичность.
    • Устойчивость при различных уровнях кислотности почвы.
    • Хорошая совместимость с другими химикатами, пестицидами.

    Наибольшее значение имеет хелатное железо, так как этот элемент содержится в тканях растений в более значительном количестве, чем другие металлы. Его дефицит приводит к развитию многих заболеваний, в том числе хлороза. Применяются и другие хелаты – меди, цинка, бора, стимулирующие рост растений и образование завязей. На ранних сроках вегетации целесообразно проводить подкормку хелатным кальцием, который способствует развитию корневой системы.

    Использование в животноводстве

    Хелатные формы микроэлементов применяют для витаминизации питания всех видов сельскохозяйственных животных и птиц. Эти вещества в малых концентрациях способны замещать до 40 % неорганических минералов и оказывают следующее влияние:

    • повышение иммунных сил во время болезни, беременности самок или в неблагоприятных условиях;
    • улучшение репродуктивной функции;
    • уменьшение количества соматических клеток в молоке, что повышает его качество (термоустойчивость и другие технологические свойства);
    • ускорение роста молодняка.

    Хелатное железо, в отличие от его сульфата, способно легко проникать через плацентарный барьер. Согласно проведенным исследованиям, добавление этого витамина в рацион свиноматок способствует в дальнейшем рождению поросят с большим весом и предотвращают у них развитие дефицита железа.

    В результате применения хелата магния отмечается улучшение качества туши животных, снижение жировых отложений. Соединения меди и марганца помогают в профилактике хондроматоза костей и поражения сердечно-сосудистой системы у домашних птиц.

    Лекарственные препараты

    В медицине хелатные формы соединений используют в следующих целях:

    • Антидоты при острых и хронических отравлениях тяжелыми металлами и другими ядами («Унитиол», «Тетацин-кальций»). При их приеме происходит связывание вредных веществ в замкнутые комплексы хелатного типа.
    • Противоопухолевые средства («Цисплатин» и другие). Лекарства проникают в ядра пораженных клеток, образуют устойчивое соединение с ДНК, что препятствует их самовоспроизведению.
    • Витаминные препараты (чаще всего хелатный кальций и железо).

    В отличие от свободных ионов металлов, данные вещества не образуют соединения с другими химическими элементами в желудке и кишечнике, поэтому они лучше усваиваются в организме человека. В связи с этим на основе хелатов возможно создание лекарственных средств и БАД нового поколения.

    Источник: bisbroker.ru