Quelatos: qué son, cómo funcionan y por qué son tan importantes

¿Cómo se forman los complejos quelatos?

El proceso de quelación

Un complejo quelato es un tipo de compuesto de coordinación en el que un ion metálico se une a un ligando mediante múltiples enlaces de coordinación (donador-aceptor), formando una estructura de anillo. Este enlace único aumenta la estabilidad del complejo metálico en comparación con los complejos de coordinación simples, lo cual es importante en diversas reacciones químicas y procesos biológicos. La quelación es un caso especial de la teoría de la química de coordinación. Un ligando bidentado o polidentado se une a un metal o ion metálico, formando una estructura de anillo estable llamada anillo quelato. La forma en que se forma el enlace de coordinación juega un papel importante. En este caso, el par de electrones compartido proviene de solo uno de los átomos (que ya tiene una configuración electrónica estable). En el proceso de formación del quelato, al menos dos pares de electrones libres de diferentes átomos donantes se coordinan con el mismo ion central.

Propiedades de los quelatos

La formación de múltiples enlaces de coordinación por parte de los quelatos, y en particular la presencia de un anillo en la molécula, determina sus propiedades únicas. Las más importantes se enumeran a continuación:

• Los complejos quelatos son generalmente más estables que los complejos no quelados debido a la ventaja de entropía obtenida al formar enlaces múltiples con el centro metálico.
• El efecto quelato se refiere a la mayor estabilidad de los complejos quelatos en comparación con los complejos formados con ligandos monodentados. Cuanto mayor sea el número de cierres de anillo alrededor del átomo metálico, más estable será el compuesto.
• Las constantes de estabilidad de los complejos quelatos pueden variar significativamente dependiendo de la naturaleza tanto del ion metálico como de los ligandos involucrados.
• Los quelatos presentan buenas propiedades amortiguadoras.
• La presencia de metal y la estructura compleja les confieren propiedades fluorescentes.

Quelatos naturales: ejemplos de la naturaleza

Hemoglobina

Hemoglobina: un polipéptido presente en los glóbulos rojos, que permite el transporte de oxígeno en la sangre desde los pulmones a otros tejidos del cuerpo. Un único ligando hemo contiene cuatro átomos de nitrógeno que se unen al hierro de la hemoglobina para formar un quelato. Las moléculas de oxígeno son transportadas por la hemoglobina en la sangre, uniéndose al centro de hierro. Cuando la hemoglobina pierde oxígeno, su color cambia a azul rojizo. Cabe destacar que la hemoglobina solo transporta oxígeno cuando el hierro está en forma de Fe₂+; la oxidación del hierro a Fe₂+ impide el transporte de oxígeno.

Clorofila

La clorofila es un pigmento verde presente en las plantas. Es un componente fundamental de la fotosíntesis, ya que absorbe la energía luminosa y la convierte en energía química. El ion central de la clorofila es el magnesio, que está unido a cuatro átomos de nitrógeno, formando así una estructura de anillo estable.

Vitamina B12

La vitamina B12 es un compuesto natural que contiene cobalto. Este metal es el ion central del quelato de vitamina B12. Cuatro átomos de nitrógeno están unidos coordinadamente al cobalto, formando una estructura de anillo. La estructura quelatada de la vitamina B12 es crucial para sus funciones biológicas, en particular su función enzimática.

El uso de quelatos en medicina, química y agricultura.

La estructura única de los quelatos, que les da propiedades notables, determina su amplia aplicación en muchos campos.

Estos compuestos se utilizan en medicina y farmacia , especialmente en el tratamiento de la intoxicación por metales pesados. Los agentes quelantes se unen y eliminan metales tóxicos del cuerpo. Este grupo incluye principalmente plomo y mercurio. El cadmio, el cobalto, el galio, el litio y el zinc también se enumeran en esta categoría, aunque ocurren con menos frecuencia. Todos los elementos anteriores, cuando se ingieren, actúan como venenos metabólicos, pero también como teratógenos, es decir, sustancias que causan defectos de nacimiento. La actividad de estos elementos en el cuerpo y su posterior eliminación del cuerpo se lleva a cabo, entre otras cosas, a través de la quelación.

En química analítica , los quelatos se utilizan para detectar y determinar cuantitativamente iones metálicos en varias muestras. Son particularmente importantes en el análisis clásico, p. ej., titulaciones complexométricas. Tienen la capacidad de unirse selectiva y establemente a los metales.

Los agentes quelantes también se utilizan como extractantes en la separación de metales a nivel industrial y de laboratorio, y como tampones e indicadores de iones metálicos en química analítica. Muchos colorantes comerciales y diversas sustancias biológicas, como la clorofila y la hemoglobina, son compuestos quelatos.

Los quelatos también desempeñan funciones importantes en la agricultura , por ejemplo, como fertilizantes que suplen deficiencias minerales o como agentes para el control de enfermedades de las plantas.

Resumen

Los quelatos son compuestos químicos con una estructura única y una amplia gama de aplicaciones. Su capacidad para formar complejos estables con iones metálicos los hace indispensables en biología, medicina, química analítica y agricultura. Gracias a su estructura y propiedades, desempeñan un papel clave en numerosos procesos vitales y tecnológicos.