Хелаты

Хелат иона металла и этилендиаминтетрауксусной кислоты

Хелаты, хелатные соединения (от лат. chela — 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.

Хелаты используют в химии для разделения, концентрирования и аналитического определения различных элементов. В медицине и сельском хозяйстве — для введения в пищу микроэлементов (Fe, Cu, Mn и т. д.), благодаря высокой усвояемости хелатных комплексов по сравнению со свободными ионами металлов. Также тот факт, что многие металлы образуют устойчивые и способные к полимеризации хелатные комплексы с определёнными хелатирующими агентами (например, винной и лимонной кислотами), используется для получения самых различных высокогомогенных оксидных материалов, подробнее см. метод Печини.

Пример

Аминоуксусная кислота (глицин) может реагировать с гидроксидом меди с образованием сине-фиолетового прочного комплекса, растворимого в воде:

Cu(OH)₂ + 2 NH₂CH₂COOH = [Cu(NH₂CH₂COO)₂] + 2H₂O

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.

Внутренняя сфера комплекса содержит два замкнутых пятичленных цикла, в связи с чем полученный комплекс отличается высокой устойчивостью. Константа образования диглицинатомеди(II) β₂ равна 1,8⋅10¹⁵.

Реактив Чугаева

Основная статья: Диметилглиоксим

Не следует путать с реакцией Чугаева.

Важное значение в химико-аналитической практике имеет открытая в 1905 году Л. А. Чугаевым реакция взаимодействия диметилглиоксима, называемого также реактивом Чугаева, с катионами никеля(II) в аммиачной среде, приводящая к образованию малорастворимого ярко-красного комплексного соединения — бис(диметилглиоксимат)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 ещё две шестичленные циклические группировки, включающие атомы никеля и стабилизирующие частицу комплекса.

Реактив Чугаева очень чувствителен и селективен по отношению к катионам никеля(II) и позволяет уверенно определить его присутствие в любых химических объектах. Получаемый хелатный комплекс используется как пигмент.

См. также

• Комплексоны

Литература

• Хелаты / Химическая энциклопедия. Т. 5 в 5 т. — М.: Большая российская энциклопедия, 1998 — с. 224—225.
  
• Стид Дж. В., Этвуд Дж. Л. Супрамолекулярная химия. Т. 1. — М.: Академкнига, 2007 — с. 38—41.