Chelatbildner sind Chemikalien oder chemische Verbindungen, die mit Schwermetallen reagieren, ihre chemische Zusammensetzung neu anordnen und ihre allgemeine Stabilität und Wahrscheinlichkeit der Bindung mit anderen Metallen, Nährstoffen oder Substanzen verbessern. Wenn dies geschieht, wird das verbleibende Metall als „Chelat“ bezeichnet, ein Wort, das vom griechischen Chela abgeleitet ist und Klaue bedeutet. Solche Wirkstoffe kommen in der Natur vor und sind ein wichtiger Bestandteil vieler biologischer Prozesse. Sie helfen zum Beispiel beim Transport von Nährstoffen durch Pflanzen und helfen bei der Verdauung von Menschen und vielen Tieren. Vielerorts werden sie auch synthetisch hergestellt und haben eine Reihe wichtiger Anwendungen in Industrie und Medizin. Diese Art von Mitteln kann immer dann sehr nützlich sein, wenn Schwermetallionen abgebaut, isoliert oder bewegt werden müssen.
Wie sie arbeiten
Die Chemie hinter der Funktionsweise dieser Wirkstoffe ist in der Regel etwas komplex, aber vereinfacht gesagt binden sie sich so an Metallionen, dass ihre Kernstruktur und chemische Zusammensetzung neu organisiert werden. Die meisten Metalle haben chemische Strukturen, die Ketten am ähnlichsten sind, aber Chelatbildner verbinden die Enden, um einen Ring zu bilden, der als Ligand bekannt ist. Diese Ringstruktur macht die Ionen stabiler und hilft ihnen, sich leichter durch eine Reihe verschiedener Umgebungen zu bewegen.
Ethylendiamin ist einer der häufigsten Chelatbildner und ein gutes Beispiel für die Wirkungsweise dieser Substanzen. Es hat eine chemische Struktur von C2H8N2. Es ist chemisch als mehrzähniger Wirkstoff bekannt, oder genauer gesagt als zweizähniger Ligand, was bedeutet, dass er zwei Bindungen eingehen kann – jedes Stickstoffatom kann mit demselben Metallion binden. Je nachdem, wie viele Bindungen das Metallion annehmen kann, kann das Ion mit einem, zwei oder drei Ethylendiaminmolekülen ein Chelat bilden. Je mehr Bindungen vorhanden sind, desto stärker und stabiler ist das Chelat wahrscheinlich.
Rolle in der Natur
Natürlich vorkommende Chelate sind für viele lebenserhaltende Prozesse notwendig und können nicht ohne Wirkstoffe gebildet werden, die ihre Transformation unterstützen können. Der Vitamin B12-Kobalt-Komplex ist ein Beispiel. Es ist eine Nahrungsanforderung für Menschen und die meisten Tiere, aber in den meisten Fällen kann es nicht richtig verdaut oder absorbiert werden, bis es einen Liganden mit einem der vielen Chelatbildner im Körper gebildet hat. Der Hämoglobin-Eisen-Komplex transportiert nach der Chelatbildung Sauerstoff durch das Blut, und in ähnlicher Weise ist der Chlorophyll-Magnesium-Komplex ein wichtiger Bestandteil der Photosynthese in Pflanzen. Wenn Chelatbildner nicht am Werk wären, wären diese Prozesse langsamer und würden möglicherweise überhaupt nicht stattfinden.
Einsatz in der Industrie
Mittel werden üblicherweise in der industriellen Herstellung als Waschmittelzusätze, Stabilisierungsmittel, Konservierungsmittel und Geschmacks- und Farbhalter verwendet. Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) ist eine der beliebtesten. Es ist ein sogenanntes „vierzähniges“ oder „sechszähniges“ Agens, das mit Metallionen entweder vier oder sechs Bindungen eingehen kann. EDTA wird häufig zur Verbesserung der Reinigungskraft von Waschmitteln und Seifen verwendet, indem es mit den Magnesium- und Calciummetallen in hartem Wasser Chelate bildet. Diese Mittel werden auch als Farbhalter für Textilfarbstoffe verwendet.
Auch als Lebensmittelzusatzstoff wird EDTA vielerorts verwendet. Lebensmittelverderb wird typischerweise durch Enzyme katalysiert, die bestimmte Übergangsmetalle benötigen, um zu funktionieren, aber EDTA deaktiviert die verderblichen Enzyme, die ansonsten dazu führen würden, dass Lebensmittel ranzig werden. Es deaktiviert auch die Enzyme, die dazu führen, dass Lebensmittel Farbe oder Geschmack verlieren.
Bedeutung für die Medizin
Diese Wirkstoffe sind für viele medizinische Behandlungen und Tests unerlässlich. Sie können verwendet werden, um Kalziumionen aus dem Blut zu isolieren und zu entfernen, was zum Beispiel bei Operationen oder Operationen zur Blutkonservierung beiträgt, und sie sind auch ein wichtiger Bestandteil vieler Bleivergiftungen und anderer Behandlungen von Metallvergiftungen. Wenn Wirkstoffe in den Blutkreislauf gelangen, können sie auf freie Metallionen abzielen und sie chelatisieren und sie dann aus dem Blutkreislauf entfernen, oft durch Ausspülen mit dem Urin. Dimercaprol ist eines der häufigsten Beispiele. Es entfernt Schwermetallgifte wie Antimon, Quecksilber und Arsen, indem es Schwefelbindungen zu den Metallionen bildet.