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»?

Структура хелата

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

Примеры хелатов

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

  1. Катионные. Наиболее распространенные представители – соединения полиаминов с ионами металлов. Лигандирующий агент в этом случае является нейтральным, поэтому общий заряд соединения определяется центральным ионом.
  2. Анионные. Типичные анионные хелаты – комплексы на основе этилендиаминотетрауксусной кислоты (ЭДТА).
  3. 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

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

Получение хелатов

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

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

Применение 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

Применение в медицине

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.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Следят за новыми комментариями — 6
0
У меня мама в качестве профилактики остеопороза принимает хелатный кальций. Покупает эваларовский , он самый дешёвый в наших аптеках. Курс приема месяц, в отличии от других производителей. Так как хелатная форма усваивается организмом лучше и быстрее.
Копировать ссылку
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.