Şelatlar – nedir, nasıl çalışırlar ve neden bu kadar önemlidirler?

Şelat kompleksleri nasıl oluşur?

Şelasyon süreci

Bir şelat kompleksi, bir metal iyonunun bir liganda çoklu koordinasyon bağları (verici-alıcı) aracılığıyla bağlanarak bir halka yapısı oluşturduğu bir koordinasyon bileşiği türüdür. Bu benzersiz bağ, çeşitli kimyasal reaksiyonlarda ve biyolojik süreçlerde önemli olan basit koordinasyon komplekslerine kıyasla metal kompleksinin kararlılığını artırır.

Şelasyon, koordinasyon kimyası teorisinin özel bir durumudur. İki dişli veya çok dişli bir ligand, bir metal veya metal iyonuna bağlanarak şelat halkası adı verilen kararlı bir halka yapısı oluşturur. Koordinasyon bağının oluşma şekli burada önemli bir rol oynar. Bu durumda, paylaşılan elektron çifti yalnızca kararlı bir elektron konfigürasyonuna sahip atomlardan birinden gelir. Şelat oluşumu sürecinde, farklı verici atomlardan en az iki serbest elektron çifti aynı merkezi iyonla koordine olur.

Şelatların özellikleri

Şelatların çoklu koordinasyon bağları oluşturması ve özellikle molekülde bir halkanın bulunması, onların benzersiz özelliklerini belirler. Bunların en önemlileri aşağıda listelenmiştir:

• Şelat kompleksleri, metal merkezle çoklu bağlar oluşturarak elde edilen entropi avantajı nedeniyle genellikle şelatsız komplekslerden daha kararlıdır.
• Şelat etkisi, tek dişli ligandlarla oluşturulan komplekslere kıyasla şelat komplekslerinin artan kararlılığını ifade eder. Metal atomu etrafındaki halka kapanma sayısı ne kadar fazlaysa, bileşik o kadar kararlıdır.
• Şelat komplekslerinin kararlılık sabitleri, hem metal iyonunun hem de ilgili ligandların doğasına bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir.
• Şelatlar iyi tamponlama özelliği gösterirler.
• Metalin varlığı ve kompleks yapısı onlara floresan özelliği kazandırır.

Doğal şelatlar – doğadan örnekler

Hemoglobin

Kırmızı kan hücrelerinde bulunan bir polipeptit olan hemoglobin, kandaki oksijenin akciğerlerden vücuttaki diğer dokulara taşınmasını sağlar. Tek bir hem ligandı, hemoglobindeki demire bağlanarak bir şelat oluşturan dört azot atomu içerir. Oksijen molekülleri, hemoglobin tarafından kanda taşınarak demir merkezine bağlanır. Hemoglobin oksijen kaybettiğinde rengi mavi-kırmızıya döner. Daha da önemlisi, hemoglobin yalnızca demir Fe2+ formundayken oksijen taşır; demirin Fe3+’ye oksidasyonu oksijen taşınmasını engeller.

Klorofil

Klorofil, bitkilerde bulunan yeşil bir pigmenttir. Fotosentezin son derece önemli bir bileşenidir; ışık enerjisini emer ve kimyasal enerjiye dönüştürür. Klorofilin merkezi iyonu, dört azot atomuna bağlı olan ve böylece kararlı bir halka yapısı oluşturan magnezyumdur.

B12 vitamini

B12 vitamini, kobalt içeren doğal olarak oluşan bir bileşiktir. Bu metal, B12 vitamini şelatının merkezi iyonudur. Dört azot atomu, kobalta koordineli olarak bağlanarak bir halka yapısı oluşturur. B12 vitamininin şelat yapısı, biyolojik işlevleri, özellikle de enzimatik rolü için çok önemlidir.

Şelatların tıp, kimya ve tarımda kullanımı

Şelatların kendilerine dikkat çekici özellikler kazandıran benzersiz yapıları, birçok alanda geniş uygulama alanları belirlemektedir.

Bu bileşikler tıp ve eczacılıkta , özellikle ağır metal zehirlenmelerinin tedavisinde kullanılır. Şelat oluşturucu maddeler, toksik metalleri bağlar ve vücuttan uzaklaştırır. Bu grup esas olarak kurşun ve cıvayı içerir. Kadmiyum, kobalt, galyum, lityum ve çinko da bu kategoride listelenir, ancak daha az sıklıkla bulunurlar. Yukarıdaki elementlerin tümü, yutulduğunda metabolik zehirler olarak etki gösterir, ancak aynı zamanda teratojenler, yani doğum kusurlarına neden olan maddeler olarak da etki eder. Bu elementlerin vücuttaki aktivitesi ve daha sonra vücuttan atılması, diğer şeylerin yanı sıra, şelasyon yoluyla gerçekleşir.

Analitik kimyada , şelatlar çeşitli numunelerdeki metal iyonlarını tespit etmek ve kantitatif olarak belirlemek için kullanılır. Özellikle klasik analizde, örneğin kompleksometrik titrasyonlarda önemlidirler. Metalleri seçici ve kararlı bir şekilde bağlama yeteneğine sahiptirler.

Şelat oluşturucu maddeler ayrıca endüstriyel ve laboratuvar metal ayırma işlemlerinde ekstraktan olarak ve analitik kimyada metal iyon tamponları ve indikatörleri olarak kullanılırlar. Birçok ticari boya ve klorofil ve hemoglobin de dahil olmak üzere bir dizi biyolojik madde şelat bileşikleridir.

Şelatlar ayrıca tarımda da önemli işlevler görürler; örneğin mineral eksikliklerini gideren gübreler veya bitki hastalıklarını kontrol altına alan ajanlar şeklinde.

Özet

Şelatlar, benzersiz bir yapıya ve geniş bir uygulama alanına sahip kimyasal bileşiklerdir. Metal iyonlarıyla kararlı kompleksler oluşturabilme yetenekleri onları biyoloji, tıp, analitik kimya ve tarımda vazgeçilmez kılar. Yapıları ve özellikleri sayesinde birçok yaşam ve teknolojik süreçte kilit rol oynarlar.