[科普中國(guó)]-螯合物

簡(jiǎn)介

具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物，由具有兩個(gè)或多個(gè)配位體與同一金屬離子形成螯合環(huán)的化學(xué)反應(yīng)——螯合作用而得到。配體和金屬離子間的配位鍵通常有兩種類型：

（1）配體上酸的基團(tuán)離解去H+，然后與金屬離子配位；

（2）配體上含有孤電子對(duì)的中性基團(tuán)與金屬離子配位.

螯合物最顯著的一種特性是其熱力學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。螯合環(huán)的穩(wěn)定性與芳香環(huán)相似。螯合物可為不帶電荷的中性分子，也可為帶電的絡(luò)離子，前者易溶于有機(jī)溶液中，后者可溶于水中，此性質(zhì)可用于分離和分析金屬離子。金屬離子與配體形成螯合物的一般原則是軟硬酸堿理論，就是：硬親硬，軟親軟。

金屬離子與多齒配體生成的螯合物，比它與單齒配體生成的類似配合物有較高的穩(wěn)定性。這是由于要同時(shí)斷開(kāi)螯合劑配位于金屬上的兩個(gè)鍵是困難的。由螯合作用得到的某些金屬螯合劑用途很廣，例如EDTA為六齒螯合劑，可用于水軟化，食物保存等方面；環(huán)狀配體冠醚類對(duì)堿金屬和堿土金屬的分離和分析特別適用。

配合物螯合物是（舊稱內(nèi)絡(luò)鹽）是由中心離子和多齒配體結(jié)合而成的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物。螯合物是配合物的一種，在螯合物的結(jié)構(gòu)中，一定有一個(gè)或多個(gè)多齒配體提供多對(duì)電子與中心體形成配位鍵。“螯”指螃蟹的大鉗，此名稱比喻多齒配體像螃蟹一樣用兩只大鉗緊緊夾住中心體。

螯合物通常比一般配合物要穩(wěn)定。從配合物的研究可知，具有五元環(huán)或六元環(huán)的螯合物很穩(wěn)定，而且所形成的環(huán)越多，螯合物越穩(wěn)定。

螯合反應(yīng)又稱螯合作用或螯合效應(yīng)。螯合配位體 (含兩個(gè)或兩個(gè)以上具有孤對(duì)電子原子的配位體) 與中心離子同時(shí)形成兩個(gè)或更多的配位鍵而生成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配位化合物，即螯合 [物] 的反應(yīng)。例如，乙二胺四乙酸[EDTA，(—OOCCH2)2NCH2CH2N (CH2COO—)2]能與許多金屬離子如Fe、Th、Hg、Cu、Ni、Pb等通過(guò)四個(gè) (有時(shí)為三個(gè)) 羧酸基和二個(gè)氮原子鍵合而形成五個(gè)五元螯合環(huán)，生成比絡(luò)合物具有更高穩(wěn)定性的金屬——EDTA螯合物。1天然水體和廢水中的金屬發(fā)生螯合作用對(duì)重金屬元素在環(huán)境中的遷移、歸宿或毒性有很大影響。對(duì)微量金屬離子有明顯的反應(yīng)，靈敏度很高。

常見(jiàn)的螯合劑具有多基配位體能與金屬離子起螯合作用，生成螯合物的試劑。在用水廢水化學(xué)中，常用的有有機(jī)螯合劑，如氨羧絡(luò)合劑 (包括氨基三乙酸即NTA、乙二胺四乙酸即EDTA等)、雙硫腙、8-羥基喹啉、鄰菲咯啉(C12H8N2)、酒石酸鉀鈉、檸檬酸銨及無(wú)機(jī)螯合劑多磷酸鹽等。螯合劑對(duì)各種金屬離子具有較高的選擇性和靈敏度，所生成的金屬螯合物比同類的絡(luò)合物具有更好的穩(wěn)定性。在環(huán)境污染化學(xué)及化工工業(yè)中，常作為絡(luò)合滴定劑、金屬指示劑、金屬分離劑、抗氧化劑、掩蔽劑、去鍋垢劑、除藻劑、浮選劑、殺菌劑等。特別在水質(zhì)分析中，測(cè)定水的硬度、金屬離子的濃度等已有廣泛應(yīng)用2。

可形成螯合物的配體叫螯合劑。常見(jiàn)的螯合劑如下：

乙二胺（en），二齒

2,2'-聯(lián)吡啶（bipy），二齒

1,10-二氮菲（phen），二齒

草酸根（ox），二齒

乙二胺四乙酸（EDTA），六齒

值得一提的是EDTA (ethylenediaminetetracetic acid），它能提供2個(gè)氮原子和4個(gè)羧基氧原子與金屬配合，可以用1個(gè)分子把需要6配位的鈣離子緊緊包裹起來(lái)，生成極穩(wěn)定的產(chǎn)物。其化學(xué)結(jié)構(gòu)表示如下：

(HOOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COOH)2

相關(guān)應(yīng)用在水污染化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)和生化等方面的應(yīng)用十分廣泛，如水中金屬離子的分離分析、水的軟化、分級(jí)沉淀、纖維染色、清洗金屬、浮選、殺菌、蛋白質(zhì)的水解與合成以及穩(wěn)定維生素等。

工業(yè)工程螯合物在工業(yè)中用來(lái)除去金屬雜質(zhì)，如水的軟化、去除有毒的重金屬離子等。比如重金屬生產(chǎn)和使用的工廠使用重金屬捕捉劑來(lái)沉淀重金屬離子，達(dá)到凈化廢水的效果。

生物工程金屬螯合反應(yīng)對(duì)于輔酶、輔因子和酶的結(jié)合來(lái)說(shuō)意義重大。3

一些生命必須的物質(zhì)是螯合物，如血紅蛋白和葉綠素中卟啉環(huán)上的4個(gè)氮原子把金屬原子(血紅蛋白含F(xiàn)e2+，葉綠素含Mg2+)固定在環(huán)中心。

分析化學(xué)螯合物的穩(wěn)定常數(shù)都非常高，許多螯合反應(yīng)都是定量進(jìn)行的，可以用來(lái)滴定。

化學(xué)包覆：在無(wú)機(jī)粉體表面的吸附或化學(xué)反應(yīng)對(duì)顆粒表面螯合有機(jī)分子中的官能團(tuán)進(jìn)行包覆使顆粒表面改性。

螯合程度的檢測(cè)如果配體和銀離子結(jié)合后，紫外可見(jiàn)區(qū)有變化，可以用紫外光譜測(cè)定反應(yīng)進(jìn)行的程度；如果沒(méi)有光信號(hào)變化，也可以使用電化學(xué)手段，用銀-氯化銀電極測(cè)定體系游離銀離子濃度；如果是固體的話，只能用溶劑洗滌固體，將游離銀離子洗脫，然后用原子吸收或其他手段檢測(cè)銀離子含量。4