Quelatos – o que são, como funcionam e por que são tão importantes

Como os complexos quelatos são formados?

O processo de quelação

Um complexo quelato é um tipo de composto de coordenação no qual um íon metálico é conectado a um ligante por meio de múltiplas ligações de coordenação (doador-aceitador), formando uma estrutura em anel. Essa ligação única aumenta a estabilidade do complexo metálico em comparação com complexos de coordenação simples, o que é importante em diversas reações químicas e processos biológicos.

A quelação é um caso especial da teoria da química de coordenação. Um ligante bidentado ou polidentado se liga a um metal ou íon metálico, formando uma estrutura de anel estável chamada anel quelato. A forma como a ligação de coordenação é formada desempenha um papel importante aqui. Nesse caso, o par de elétrons compartilhado vem de apenas um dos átomos (que já possui uma configuração eletrônica estável). No processo de formação do quelato, pelo menos dois pares de elétrons livres de diferentes átomos doadores se coordenam com o mesmo íon central.

Propriedades dos quelatos

A formação de múltiplas ligações de coordenação por quelatos, e em particular a presença de um anel na molécula, determina suas propriedades únicas. As mais importantes estão listadas abaixo:

• Os complexos quelatos são geralmente mais estáveis do que os complexos não quelatados devido à vantagem de entropia obtida pela formação de múltiplas ligações com o centro metálico.
• O efeito quelato refere-se à maior estabilidade dos complexos quelatos em comparação com os complexos formados com ligantes monodentados. Quanto maior o número de fechamentos de anel ao redor do átomo metálico, mais estável é o composto.
• As constantes de estabilidade dos complexos de quelato podem variar significativamente dependendo da natureza do íon metálico e dos ligantes envolvidos.
• Os quelatos apresentam boas propriedades de tamponamento.
• A presença de metal e a estrutura complexa lhes conferem propriedades fluorescentes.

Quelatos naturais – exemplos da natureza

Hemoglobina

Hemoglobina – um polipeptídeo encontrado nos glóbulos vermelhos, permite o transporte de oxigênio no sangue dos pulmões para outros tecidos do corpo. Um único ligante heme contém quatro átomos de nitrogênio que se ligam ao ferro na hemoglobina para formar um quelato. As moléculas de oxigênio são transportadas pela hemoglobina no sangue, ligando-se ao centro de ferro. Quando a hemoglobina perde oxigênio, sua cor muda para azul-avermelhado. É importante ressaltar que a hemoglobina só transporta oxigênio quando o ferro está na forma Fe2+; a oxidação do ferro em Fe3+ impede o transporte de oxigênio.

Clorofila

A clorofila é um pigmento verde encontrado nas plantas. É um componente extremamente importante da fotossíntese, absorvendo energia luminosa e convertendo-a em energia química. O íon central da clorofila é o magnésio, que está ligado a quatro átomos de nitrogênio, formando assim uma estrutura em anel estável.

Vitamina B12

A vitamina B12 é um composto natural que contém cobalto. Este metal é o íon central do quelato da vitamina B12. Quatro átomos de nitrogênio estão coordenadamente ligados ao cobalto, formando uma estrutura em anel. A estrutura quelada da vitamina B12 é crucial para suas funções biológicas, particularmente seu papel enzimático.

O uso de quelatos na medicina, química e agricultura

A estrutura única dos quelatos, que lhes confere propriedades notáveis, determina sua ampla aplicação em muitos campos.

Esses compostos são usados na medicina e na indústria farmacêutica , especialmente no tratamento de envenenamento por metais pesados. Os agentes quelantes ligam e removem metais tóxicos do corpo. Este grupo inclui principalmente chumbo e mercúrio. Cádmio, cobalto, gálio, lítio e zinco também estão listados nesta categoria, embora ocorram com menos frequência. Todos os elementos acima, quando ingeridos, agem como venenos metabólicos, mas também como teratógenos, ou seja, substâncias que causam defeitos congênitos. A atividade desses elementos no corpo e sua subsequente remoção do corpo ocorrem, entre outras coisas, por meio da quelação.

Na química analítica , os quelatos são usados para detectar e determinar quantitativamente íons metálicos em várias amostras. Eles são particularmente importantes em análises clássicas, por exemplo, titulações complexométricas. Eles têm a capacidade de se ligar a metais de forma seletiva e estável.

Agentes quelantes também são usados como extratantes na separação de metais industrial e laboratorial e como tampões e indicadores de íons metálicos em química analítica. Muitos corantes comerciais e diversas substâncias biológicas, incluindo clorofila e hemoglobina, são compostos quelatados.

Os quelatos também desempenham funções importantes na agricultura , por exemplo, na forma de fertilizantes que suplementam deficiências minerais ou agentes para o controle de doenças de plantas.

Resumo

Quelatos são compostos químicos com estrutura única e ampla gama de aplicações. Sua capacidade de formar complexos estáveis com íons metálicos os torna indispensáveis em biologia, medicina, química analítica e agricultura. Graças à sua estrutura e propriedades, desempenham um papel fundamental em muitos processos tecnológicos e da vida.