Хелаты
Хелаты, хелатные соединения (от лат. chelate — клешня), также внутрикомплексные или циклические комплексные соединения — клешневидные комплексные соединения, образуются при взаимодействии ионов металлов с полидентатными (то есть имеющими несколько донорных центров) лигандами. Хелаты содержат центральный ион (частицу) — комплексообразователь и координированные вокруг него лиганды. Внутренняя сфера хелата состоит из циклических группировок, включающих комплексообразователь.
Иногда разделяют понятия хелатного и внутрикомплексного соединения. Второе определение применяют в случае, когда атом-комплексообразователь замещает протон лиганда в соединении.
Содержание
Пример
Аминоуксусная кислота (глицин) может реагировать с гидроксидом меди с образованием сине-фиолетового прочного комплекса, растворимого в воде:
Лиганд NH2CH2COO − (глицинат-ион) относят к категории бидентатных лигандов, образующих две химические связи с комплексообразователем — через атом кислорода карбоксильной группы и через атом азота аминогруппы.
Реакция Чугаева
Важное значение в химико-аналитической практике имеет открытая Л. А. Чугаевым реакция взаимодействия диметилглиоксима с катионами никеля(II) в аммиачной среде, приводящая к образованию малорастворимого ярко-красного комплексного соединения — бис(диметилглиоксимато)никеля(II).
Функции лиганда в этом комплексном соединении выполняет диметилглиоксимат-анион, образующий две химические связи с комплексообразователем, вследствие чего получаются два пятичленных циклических фрагмента, упрочняющих комплекс.
Строение получаемого хелата плоское; благодаря внутримолекулярным водородным связям (между лигандами) образуются еще две шестичленные циклические группировки, включающие атомы никеля и стабилизирующие частицу комплекса.
Реакция Чугаева очень чувствительна и селективна по отношению к катионам никеля(II) и позволяют уверенно определить его присутствие в любых химических объектах. Получаемый хелатный комплекс используется как пигмент.
Литература
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Хелаты» в других словарях:
хелаты — сущ., кол во синонимов: 1 • микроудобрения (3) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
хелаты — Термин хелаты Термин на английском chelate Синонимы хелатные соединения, клешневидные соединения Аббревиатуры Связанные термины супрамолекулярная химия, хлорофилл Определение Кооординационные соединения, образуемые при взаимодействии ионов… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
хелаты — хел аты, ов … Русский орфографический словарь
ХЕЛАТЫ — вещества, образующие с металлом комплексную соль, в которой металл закреплен по всем валентностям и пространственно находится внутри молекулы, так что его возможности вступления в реакцию снижаются. X. являются многие биополимеры, сложные… … Словарь ботанических терминов
Хелаты — (син.: комплексоны) соединения органических веществ с металлами, в которых атом металла связан с двумя или с большим числом атомов органического соединения (комплексообразователя) … Толковый словарь по почвоведению
ХЕЛАТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ — (хелаты, внутрикомплексные соединения, клешневидные соединения) (от греч. chele клешня), комплексные соединения, в к рых лиганд присоединён к центр. атому металла посредством двух или большего числа связей. Характерная особенность X. с. наличие… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Внутрикомплексные соединения — Хелат иона металла и этилендиаминтетрауксусной кислоты Хелат, Хелаты, Хелатные соединения (от лат. chelate клешня) или внутрикомплексные соединения клешневидные комплексные соединения, образуются при взаимодействии ионов металлов с полидентатными … Википедия
Хелатные соединения — Хелат иона металла и этилендиаминтетрауксусной кислоты Хелат, Хелаты, Хелатные соединения (от лат. chelate клешня) или внутрикомплексные соединения клешневидные комплексные соединения, образуются при взаимодействии ионов металлов с полидентатными … Википедия
Микроудобрения — удобрения, содержащие Микроэлементы (В, Cu, Mn, Zn, Со и др.), т. е. вещества, потребляемые растениями в небольших количествах. Подразделяются на борные, медные, марганцевые, цинковые и др., а также полимикроудобрения, в составе которых 2 … Большая советская энциклопедия
Какие минералы лучше усваиваются?
Для существования человеческому организму необходимо огромное количество полезных веществ. Цинк, магний, медь, железо, кальций – это не просто элементы периодической таблицы Менделеева из школьной программы по химии. Это важнейшие минералы для существования и правильного функционирования всего человеческого организма.
Чтобы наши иммунные клетки могли защитить нас от вражеского вторжения вирусов необходим цинк. Магний – ключевой элемент нашей нервной системы и мышц. Прочные кости и крепкие зубы – это заслуга кальция. Без железа падает уровень гемоглобина, что может привести к развитию анемии. А медь поддерживает нашу красоту и молодость за счет сохранения цвета волос и участию в выработке коллагена и эластина.
С современным питанием все эти минералы попадают в наш организм в ничтожно малых количествах. Из витаминных комплексов они практически не усваиваются и даже могут вызывать побочные эффекты… Как же быть? Есть ли решение этой проблемы, или человек обречен с возрастом испытывать все больший дефицит этих минералов?
Хелаты – новое слово в науке
Настоящий фурор во всем европейском научном сообществе произвели хелатные формы минералов. Было известно, что в отличие от минералов организм очень легко усваивает аминокислоты. Это подтолкнуло ученых присоединить молекулу минерала к аминокислоте. И это действительно сработало. Такая форма получила название – хелатная.
Степень усвоения хелатов в разы выше, чем у неорганических форм, таких как карбонаты, цитраты и т.д. В такой форме минералы усваиваются максимально.
А самое главное то, что организм очень легко переносит хелатные минералы в больших дозировках. Они не вызывают побочного нарушения пищеварения и вздутия, так как не влияют на уровень кислотности желудка, а также усваиваются без побочных отложений в сосудах, почках, суставах и даже разрешены беременным и кормящим.
Кальций хелат Эвалар – быстро восполняет дефицит кальция в организме, обеспечивая его максимальное усвоение. Кроме того, кальций в хелатной форме не откладывается на стенках сосудов, в почках, а идет напрямую в кости. Кальций хелат Эвалар способствует поддержанию нормального состояния костной ткани, зубов, улучшению состояния сердца и сосудов.
Как принимать минералы?
Если вы решили принимать сразу несколько минералов необходимо знать, какие минералы сочетаются между собой, а какие категорически нельзя совмещать во время одного приема. Кальций и магний хорошо сочетаются. Оптимально принимать их вечером, так как кальций лучше усваивается ночью, а магний улучшает сон. Железо и медь следует принимать утром, а цинк отлично усваивается в обеденное время.
Усваивайте минералы по максимуму! Выбирайте хелатные формы от Эвалар, ведь это:
• Максимальная степень усвоения в отличие от других форм
Хелаты: как в них разобраться?
На рынке присутствуют разнообразные формы комплексных соединений металлов, используемых в кормлении животных. Все эти разнообразные формы называют «органическими микроэлементами», поскольку входящие в их состав микроэлементы образуют комплексы, или другие типы химических соединений, с органическими молекулами.
Химические процессы комплексообразования, или образования хелатов, понимаются по-разному различными специалистами отрасли кормопроизводства, что приводит к возникновению путаницы в терминах и интерпретации свойств продуктов. Часто встречаются такие термины, как «комплекс металла и аминокислот», «хелат металла и аминокислот», «комплекс металла с полисахаридом», «протеинат металла», однако официальные определения этих терминов расплывчаты и не проясняют ситуацию. В качестве примера в Таблице 1 приведены различные определения органических микроэлементов, используемых в сельском хозяйстве, в формулировках Ассоциации американских контролёров качества кормов (AAFCO, 1998).
Таблица 1. Органические комплексы минералов – определения терминов в формулировках AAFCO.
Комплекс металла и аминокислоты – продукт, образующийся при формировании комплекса между растворимой солью металла и аминокислотой.
Чтобы разобраться в запутанных определениях, характеризующих химические и физические свойства микроэлементов, прежде всего, необходимо выявить отличия между терминами «комплекс» и «хелат».
Комплексы или хелаты
Термин «комплекс» может использоваться при описании соединений, образующихся при взаимодействии иона металла с молекулой или ионом (лигандом), которые обладают свободной парой электронов. Такие ионы металлов связываются с лигандом посредством атомов-доноров, например, кислорода, азота или серы. Лиганды, обладающие только одним атомом-донором, называются монодентатными, а лиганды, обладающие двумя и более атомами-донорами, называеются би-, три- или тетрадентатными, также их иногда называют полидентатными.
Аминокислоты являются бидентатными лигандами, образующими связи с ионами металла посредством кислорода карбоксильной группы и азота аминогруппы.
Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) является примером гексадентатного лиганда, который содержит шесть атомов-доноров. ЭДТА образует очень прочные комплексы с большинством ионов металлов, и не очень подходит для образования хелатов минералов, поскольку биологическая доступность таких комплексов невысока.
Хотя могут образовываться хелаты, содержащие четыре, пять, шесть или семь колец, установлено, что наиболее стабильными являются хелаты, содержащие пять колец.
Также необходимо помнить о том, что хотя хелаты и являются комплексами, не все комплексы являются хелатами. Несмотря на простоту теории, объясняющей образование хелатов, необходимо строгое соблюдение множества условий для получения стабильного хелата минерала.
Лиганд должен содержать два атома, способных образовывать связи с ионом металла.
Лиганд должен образовывать гетероциклическое кольцо, причём металл должен располагаться «в конце» этого кольца.
Образование хелата металла должно быть пространственно (стерически) возможно. Для достижения стабильности необходимо соблюдать соотношение количества лиганда к минералу.
Истинные хелаты имеют «кольцевую структуру», образованную ковалентно-координационной связью между аминной и карбоксильной группами аминокислоты и ионом металла.
Как правило, хелаты образуются в результате реакции между неорганическими солями минералов, с приготовленной при помощи ферментов смесью аминокислот и небольших пептидов в контролируемых условиях. Такие аминокислотные и пептидные лиганды связываются с ионом металла не в одной точке, а в нескольких, в результате чего атом металла становится частью биологически стабильной кольцевой структуры. Аминокислоты и продукты ферментативного разрушения белков, например, небольшие пептиды, являются идеальными лигандами, поскольку они обладают как минимум двумя функциональными группами (аминной и гидроксильной), необходимыми для образования кольцевой структуры с минералом. Только «переходные элементы», например, медь, железо, марганец и цинк обладают необходимыми физико-химическими характеристиками, позволяющими им образовывать ковалентно-координационные связи с аминокислотами и пептидами с образованием биологически стабильных комплексов.
Аминокислоты и пептиды в качестве лигандов
Существуют различные мнения относительно преимуществ использования аминокислот в сравнении с пептидами при образовании хелатов минералов, ещё больше споров имеется по вопросу биологической доступности таких продуктов. Мы уже рассмотрели общие условия, необходимые для образования биологически стабильных хелатов минералов, однако следует также учитывать и другие факторы, оказывающие влияние на образование хелатов, основными из этих факторов являются:
Очевидно, что такой сложный химический феномен не следует чрезмерно упрощать. Однако чтобы прояснить ситуацию касательно преимуществ аминокислот либо пептидов в процессе образования хелатов минералов, мы рассмотрим факторы, влияющие на состояние равновесия и стабильность таких комплексов.
При растворении в воде соли металла, например, сульфата меди (II), с добавлением аминокислоты в качестве бидентатного лиганда, образуется ряд комплексов, каждый из которых обладает собственной константой стабильности, которая зависит от рН раствора. Это показано на Рисунке 1 (реакция сульфата меди (II) с глицином). Из данных, показанных на этом рисунке можно сделать некоторые важные выводы:
Рисунок 1. График изменения содержания меди, включённой в состав различных соединений, при изменении рН в растворе, содержащем медь (II) (0,001М) и глицин (0,002М). Горизонтальная ось: рН. Вертикальная ось: % Cu++
У различных ионов металлов различные константы стабильности. Поэтому, количество металла, входящего в состав конкретного соединения, зависит не только от величины рН раствора, но и от константы стабильности комплекса.
Стабильность содержащего металл комплекса зависит как от свойств металла, так и от свойств лиганда. Увеличение заряда иона, уменьшение размера и увеличение аффинности электронов способствует большей стабильности. На стабильность комплексов влияют также некоторые характеристики лигандов: (1) щёлочность лиганда, (2) количество металло-хелатных колец на единицу лиганда, (3) размер хелатного кольца, (4) пространственные эффекты, (5) резонансные эффекты и (6) атом лиганда. Поскольку комплексные соединения образуются в результате кислотно-основных реакций, как правило, более щелочные лиганды образуют более стабильные комплексы. Также большое значение имеет размер хелатного кольца.
Ещё глубже проанализировав Рисунок 1, можно заметить наличие существенных отличий между относительной стабильностью хелатов металлов, образованных аминокислотами и стабильностью протеинатов металлов. Поскольку протеинат металла является продуктом реакции хелатообразования между растворимой солью и аминокислотами и/или частично гидролизованным белком, можно предположить, что для конкретного иона металла количество графиков, характеризующих образование различных соединений, в состав которых входит металл, при образовании протеината, будет намного больше, чем при образовании хелата этого же металла с аминокислотой. Если считать график, отражающий распределение количества меди между различными соединениями, индикатором относительной стабильности при данной величине рН, и учитывать бесконечное количество комбинаций, возможных в результате взаимодействия как отдельных аминокислот, так и ди-, три- и даже тетрапептидов, то, теоретически, общая стабильность протеината в широком диапазоне рН должна быть намного больше, чем стабильность хелата данного металла с аминокислотой.
Очевидно, что в реальных условиях рассмотренные дополнительные факторы будут оказывать влияние на стабильность хелата. Однако можно ожидать, что протеинаты металлов будут обладать физико-химическими свойствами, необходимыми для сохранения постоянства характеристик при изменении рН.
Несмотря на наличие некоторой противоречивой информации, образование хелатов металлов – это не такой уж сложный процесс, в основе которого лежат фундаментальные законы химии. Мы можем выделить две формы истинных хелатов минералов, каждая из которых обладает определёнными химическими и биофизическими свойствами. Внимательно изучив факторы, влияющие на образование хелатов минералов, можно выявить различия между продуктами по показателю биологической стабильности и, следовательно, биологической доступности.
Хелаты: максимальная эффективность или бесполезная переплата?
Компания «ЕвроХим» продолжает проводить вебинары, посвященные вопросам питания растения. Этот удобный формат Интернет-конференции уже успел хорошо себя зарекомендовать, так как позволяет аграриям получать полезную информацию в удобном для них месте и в удобное время. Очередной вебинар был посвящен нюансам применения микроэлементов.
Одна из частых ошибок при составлении системы минерального питания растений – учитывать только NPK (азот, фосфор, калий). Однако все культуры нуждаются в сбалансированном питании, которое состоит минимум из 13 элементов. Азот, фосфор и калий являются основными элементами, но недостаток хотя бы одного другого, например, цинка (Zn), железа (Fe) или молибдена (Mo), может серьезно снизить урожайность и качество. О том, как достичь идеального баланса элементов в питании растений, рассказали эксперты «ЕвроХим».
Макророль микроэлементов
Все живые организмы нуждаются в микроэлементах для выживания, правильного роста и развития. Микроэлементы играют важную роль в метаболизме, входят в состав энзимов, участвуют в окислительно-восстановительных процессах, выполняют множество других функций в организмах растений и животных.
Корневое питание удовлетворяет до 90% потребности в основных элементах, но практически не обеспечивает растение микроэлементами. Причины – антагонизм элементов, низкое содержание микроэлементов в почве и удобрениях, а также неблагоприятный pH почвы. Многие элементы питания доступны для растений в диапазоне значения рН от 5,5 до 7,0.
Основным источником микроэлементов для растения является воздушно-листовое питание, которое эффективно даже в неблагоприятных для корневого питания условиях.
При составлении системы питания нужно учитывать два основных процесса: синергизм и антагонизм ионов, которые отвечают за усиление либо снижение потребления одного элемента в присутствии другого. Например, при наличии в почве молибдена резко увеличивается усвоение растениями серы. То же самое характерно для меди и фосфора. Однако при наличии в почве кальция нарушается потребление растениями железа.
Чем чреват дефицит микроэлементов?
Железо – это микроэлемент, который регулирует синтез ферментов, катализирует процесс фотосинтеза, увеличивает устойчивость к заболеваниям, контролирует окислительно-восстановительные реакции, влияет на окраску плодов. О недостатке железа свидетельствует появление хлорозных пятен, лист начинает засыхать. При дефиците микроэлемента нарушается усвоение растениями фосфора и азота.
Цинк участвует в процессе дыхания и фотосинтеза, повышает водоудерживающую способность клеток. Этот микроэлемент отвечает за биосинтез ростовых фитогормонов (ауксинов) и витаминов. Хлороз, вызываемый недостатком цинка, обычно проявляется в виде мелких жёлтых пятен. При устранении дефицита отмечается снижение поражения растений грибковыми заболеваниями, повышается сахаристость плодов.
Медь способствует активации углеводного и азотного обмена. Повышает устойчивость к грибковым и бактериальным заболеваниям. Недостаток меди отрицательно сказывается на продуктивности зерновых культур. Так, пшеница не способна заложить полноценный колос. На картофеле при дефиците меди листья скручиваются и засыхают. На томате лист начинает белеть с нижней стороны. При устранении дефицита меди увеличивается содержание белка в зерне, крахмалов в клубнях, сахара в корнеплодах, жиров в масличных культурах. Улучшаются показатели засухо- и морозоустойчивости, а также устойчивости к полеганию.
Марганец улучшает поглощение железа из почвы, стимулирует нарастание новых тканей в точках роста. На ранних стадиях недостаток этого микроэлемента во многом схож с дефицитом цинка. Позднее появляются отличия. Так, у свёклы лист приобретает характерный синюшно-красный цвет. Недостаток марганца у винограда вызывает пожелтение листьев. У пшеницы стебель сохраняет свою структуру и цвет, но кончики листьев начинают желтеть и усыхать.
Молибден входит в состав ферментов, регулирующих азотный обмен. Кроме того, данный микроэлемент улучшает поглощение растениями фосфора и кальциевое питание. Недостаток молибдена сложно определить, так как поначалу лист просто желтеет, что характерно и для других процессов. Проблема в том, что на более поздних стадиях недостаток этого микроэлемента сложно нивелировать, так как он вызывает необратимый процесс отмирания листьев.
Бор оказывает огромное влияние на формирование генеративных органов. Он регулирует количество фитогормонов, контролирует развитие точек роста, обеспечивает созревание семян и своевременное цветение. Недостаток этого элемента вызывает на рапсе неспецифичное бронзовое засыхание, а на картофеле – скручивание листьев. Дефицит бора важно восполнять своевременно, поскольку на более поздних стадиях вносить удобрения или проводить листовые подкормки бессмысленно.
Поскольку определить недостаток того или иного микроэлемента визуально очень сложно, специалисты рекомендуют проводить почвенный анализ до посева или листовую диагностику для установления точного «диагноза». Стоит помнить, что избыток микроэлементов так же опасен, как их недостаток.
Хелаты или сульфаты?
В какой форме предпочтительнее применять удобрения, чтобы получить максимальный экономический эффект? На этот вопрос ответил эксперт компании «ЕвроХим» Дмитрий Аброськин, который провёл сравнительный анализ химических соединений.
Преимущества хелатов в сравнении с сульфатами:
При одной и той же дозировке хелатов и сульфатов отмечается значительно большее поглощение растениями микроэлементов именно в хелатной форме. Кроме того, сульфаты вызывают появление осадка в растворе уже через 15 минут даже при оптимальном уровне рН воды. А при щелочном рН отмечается снижение растворимости. Раствор хелатов остаётся стабильным при различных рН в течение более пяти часов. Кроме того, хелатные комплексы не разрушаются при высокой температуре.
Таким образом, несмотря на то что стоимость хелатов значительно выше, чем сульфатов, практические опыты доказывают, что их применение экономически более выгодно.
Набор для полноценного питания
Водорастворимые NPK-удобрения марки Aqualis®, которые производит компания «ЕвроХим», идеально подходят для листовых подкормок, обогащены полным набором необходимых растениям микроэлементов в форме хелатов, не содержат хлора.
7 марок водорастворимых микроудобрений Aqualis® специально разработаны для каждой стадии развития. Стартовая марка Aqualis® призвана обеспечить потребности растений в фосфоре на начальной стадии развития. Равновесные универсальные марки Aqualis® созданы для полного обеспечения растений всеми элементами питания. Финальные марки Aqualis® с повышенным содержанием калия обеспечивают полноценное созревание продукции.
Преимущества водорастворимых NPK-удобрений марки Aqualis®:
Стартовая марка Aqualis® 13-40-13+МЭ применяется в начале вегетации для стимулирования развития корневой системы и листового аппарата. Универсальные марки Aqualis® 20-20-20+МЭ и Aqualis® 18-18-18+3MgO+МЭ помогают поддержать рост и развитие культуры в течение всей вегетации. Финальные марки Aqualis® 15-15-30+MgO+МЭ, Aqualis® 12-8-31+2MgO+МЭ и Aqualis® 6-14-35+2MgO+МЭ применяется в конце вегетации и в предуборочный период, обеспечивая ускоренное созревание, улучшение качества продукции. Специальная марка Aqualis® с повышенным содержанием хелатной формы микроэлементов – NPK 3-11-38.
Водорастворимые NPK Aqualis® могут использоваться для припосевного внесения, корневых и листовых подкормок. Все микроэлементы в них содержатся в хелатной форме по типу EDTA и DTPA для максимального усвоения.
При производстве водорастворимых удобрений Aqualis® компания «ЕроХим» использует хелаты АДОБ (ADOB), и в этом их преимущества по сравнению с продуктами других производителей.
Во-первых, их отличает очень высокая степень хелатизации, близкая к 99%. Для сравнения: у некоторых других производителей она значительно ниже. Содержание металлов определяется с помощью ионной хроматографии (ICP). Затем проверяется содержание лигандов на HPICP – оборудовании более высокого класса, способном определить наличие не только металлов, но и органических молекул. Последнее очень важно, потому что именно наличие органической оболочки позволяет обеспечить качественное усвоение растениями микроэлементов.
Во-вторых, качественное европейское сырьё позволяет добиться практически полного отсутствия мышьяка, свинца, кадмия, которые способствуют накоплению тяжёлых элементов в почве.
Наконец, добавление адъювантов дополнительно увеличивает растекаемость и прилипание капли, а следовательно, и поглощение микроэлементов. Таким образом, достигается более эффективное применение продукта.
Хелатные удобрения применяются в агротехнике уже около полустолетия. Эффект от их применения оказался весьма значительным, а широкий опыт аграриев по всей России подтвердил их безвредность и экологичность. В современном сельхозпроизводстве эксперты рекомендуют применять водорастворимые NPK-удобрения марки Aqualis® от компании «ЕвроХим».