Хелатные комплексы

Содержание

В природе

Многие биомолекулы обладают способностью растворять катионы определенных металлов . Таким образом, белки , полисахариды и полинуклеиновые кислоты являются отличными полидентатными лигандами для многих ионов металлов. Органические соединения, такие как аминокислоты глутаминовая кислота и гистидин , органические двухосновные кислоты , такие как малат , и полипептиды, такие как фитохелатин , также являются типичными хелаторами. В дополнение к этим дополнительным хелаторам, несколько биомолекул специально продуцируются для связывания определенных металлов (см. Следующий раздел).

В биохимии и микробиологии

Практически все металлоферменты содержат металлы, которые хелатированы, обычно с пептидами или кофакторами и простетическими группами. Такие хелатирующие агенты включают порфириновые кольца в гемоглобине и хлорофилле . Многие виды микробов производят водорастворимые пигменты, которые служат хелатирующими агентами, называемыми сидерофорами . Например, известно, что виды Pseudomonas секретируют пиохелин и пиовердин , связывающие железо. Энтеробактин , продуцируемый E. coli , является сильнейшим из известных хелатирующих агентов. Морские мидии используют хелатирующие металлы, особенно. Хелатирование Fe 3+ с остатками допа в белке-1 мидийной стопы для повышения прочности нитей, которые они используют для прикрепления к поверхностям.

В геологии

В науках о Земле химическое выветривание приписывают органическим хелатирующим агентам (например, пептидам и сахарам ), которые извлекают ионы металлов из минералов и горных пород. Большинство комплексов металлов в окружающей среде и в природе связаны в той или иной форме хелатного кольца (например, с гуминовой кислотой или белком). Таким образом, хелаты металлов имеют отношение к мобилизации металлов в почве , поглощение и накопление металлов в растения и микроорганизмы

Селективное хелатирование тяжелых металлов важно для биоремедиации (например, удаления 137 Cs из радиоактивных отходов).

Особенности хелатов

Чтобы понять, что такое хелатная форма удобрений, нужно разобраться, чем она отличается от обычной. Основная разница заключается в том, что хелатные удобрения хоть и являются минеральными, но воспринимаются растениями как органические, что позволяет активным компонентам намного легче проникать через клеточные мембраны.

Процессу хелатирования подвергаются только металлы и преимущественно микроэлементы. Из макроэлементов, необходимых растениям, хелатируется в основном кальций, который в такой форме применяется для гидропоники. Азот, фосфор, сера – это неметаллы, калий и натрий как удобрения хорошо доступны в органической форме.

Для большого урожая: Как применять суперфосфат

По своей сути хелаты – это препараты микроэлементов в виде минерально-органических комплексов со сложной структурой. Помимо основного компонента – металла, в них присутствует так называемый хелатирующий агент, который создает органическую оболочку, не позволяющую основному веществу вступать в химическую реакцию с почвой. К тому же каждое хелатное удобрение в отличие от комплексных минеральных препаратов содержит только один металл (в редких случаях два). А чем сложнее формула, тем выше вероятность вступления элементов в реакцию друг с другом и с почвой. Поэтому микроэлементы в хелатной форме усваиваются растениями практически полностью (на 90%), тогда как те же вещества в составе неорганических солей – только на 20–30%.

https://youtube.com/watch?v=NmX4qP3mcVI

Кроме того, хелатирующий агент обеспечивает удержание ионов металла в растворимом состоянии и высвобождает их только после впитывания растением. После попадания в растительные ткани он придает им биологически доступную форму, после чего расщепляется и тоже усваивается.

Среди других плюсов хелатов выделяют:

• универсальность – эти препараты используются на разных почвах, для любых культур и на всех этапах вегетации;
• повышение урожайности – положительно влияют на рост и развитие растений, количество завязей и размер плодов;
• безопасность – не остаются в почве (полностью усваиваются корневой системой), не повышают уровень нитратов, безвредны для людей и животных.

Минус только один – высокая стоимость по сравнению с обычными минеральными удобрениями.

Что такое хелатные удобрения и чем они лучше обычных

Они отлично усваиваются растениями, безопасны для окружающей среды и весьма эффективны. Знакомьтесь – хелаты, комплексные минеральные удобрения нового поколения.

Раньше микроэлементы в состав большинства удобрений входили в виде растворимых неорганических солей. И в таком виде усваивались они растениями весьма слабо – не более чем на 20-35%! Соли эти могли вступать в перекрестные реакции в почве с образованием неусвояемых соединений. К тому же некоторые из них даже токсичны, а еще – требуют дополнительной переработки почвенными микроорганизмами. А из-за низкой усвояемости приходится регулярно вносить достаточно большие дозы таких удобрений, неотвратимо засоляя почвы. Это неэффективно и сложно.

Что делать? Выбирать современные удобрения, где микроэлементы содержатся в форме особых активных органических соединений-хелатов, которые растения усваивают гораздо лучше и эффективнее, практически на 100%.

Хелаты не вступают в перекрестные реакции в почве, а также не связываются почвой – отсюда такая высокая эффективность (они «целиком» поглощаются растениями). Кроме того, микроэлементы в хелатной форме предотвращают развитие хлороза и пожелтение листьев.

Комплексы эти биологически активны и близки по своей структуре к природным веществам (например, хлорофилл или витамин В₁₂ по своей природе являются хелатами), поэтому безвредны и эффективны для растения, особенно молодого.

При желании вы можете изготовить хелатные моноудобрения и в домашних условиях, это достаточно трудоемкий, но реальный процесс. Но зачем «изобретать велосипед», если все придумано до нас и можно просто купить в магазине необходимую подкормку.

Выбрать, например, специализированную серию от Буйских удобрений – микроудобрения в хелатной форме. Они эффективны, подходят абсолютно для любых культур и могут применяться как на стадии обработки семян, так и для рассады или взрослых растений в период вегетации. Переборщить с ними довольно сложно – растения в любом случае возьмут столько, сколько нужно, и именно тех веществ, которых не хватает в почве.

Как применять хелатные удобрения? Общие рекомендации сводятся к тому, чтобы вносить хелаты в особенно важные для растений периоды жизни, чтобы действенно помочь им:

• Для предпосевной обработки и замачивания семян.
• Для обработки рассады перед высадкой на постоянное место.
• Для стимуляции максимального цветения и увеличения количества завязей во время открытия бутонов.
• Во время пестицидных обработок, чтобы минимизировать стресс у растений.
• Во время налива плодов, чтобы улучшить их вкусовые качества и размеры.

Когда применять хелатные удобрения? Это вам подскажут ваши растения, присмотритесь:

• Пожелтение межжилкового пространства и отмирание части листьев? Используйте Хелат железа.
• Белые и коричневые пятна на листьях, деформация молодых листьев, а также краевой ожог и пожелтение старых листьев? Применяйте Хелат цинка.
• Хелат меди поможет при скручивании листьев и деформации побегов.
• Побледнение листвы и серые пятна на ней, раннее облетание листьев – показание к использованию Хелата марганца.
• Высокоэффективная замена борной кислоте за счет высокой степени растворения, высокому содержанию бора в доступной для растений форме – Метаборат калия (особенно эффективен в период бутонизации и цветения).

Все они выпускаются в виде сухого порошка, а после растворения в воде по инструкции подходят в любое время года для полива и опрыскивания рассады и взрослых овощных, плодово-ягодных, горшечных, цветочно-декоративных культур в качестве профилактики недостатка (хлороза), высокоэффективны при pH 3-10.

Хелатные удобрения безопасны, высокоэффективны и удобны в применении. Они улучшают усвояемость основных питательных элементов и заметно помогают растениям. Если ваши культуры чувствуют себя «не очень» – у вас есть все шансы быстро и действенно помочь им, попробуйте сами!

Медицинское использование

Хелатная терапия является предпочтительным методом лечения отравления металлами , включая острое отравление ртутью, железом (в том числе в случаях серповидно-клеточной анемии и талассемии ), мышьяком, свинцом, ураном , плутонием и другими формами отравления токсичными металлами . Хелатирующий агент можно вводить внутривенно , внутримышечно или перорально, в зависимости от агента и типа отравления.

Хелатирующие агенты

Существует множество обычных хелатирующих агентов с разным сродством к разным металлам, физическими характеристиками и биологическим механизмом действия . Для наиболее распространенных форм интоксикации тяжелыми металлами — свинцом , мышьяком или ртутью  — доступен ряд хелатирующих агентов. Димеркаптоянтарная кислота (DMSA) рекомендована токсикологическими центрами по всему миру для лечения отравления свинцом у детей . Другие хелатирующие агенты , такие как 2,3-димеркаптопропансульфоновая кислота (DMPS) и альфа-липоевая кислота (ALA), используются в традиционной и альтернативной медицине . Некоторыми распространенными хелатирующими агентами являются этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA), 2,3-димеркаптопропансульфоновая кислота (DMPS) и тиаминтетрагидрофурфурилдисульфид (TTFD). Динатрий-кальций EDTA и DMSA одобрены для удаления свинца только Управлением по контролю за продуктами и лекарствами, в то время как DMPS и TTFD не одобрены FDA. Эти препараты связываются с тяжелыми металлами в организме и предотвращают их связывание с другими агентами. Затем они выводятся из организма. В процессе хелатирования также удаляются жизненно важные питательные вещества, такие как витамины C и E, поэтому их необходимо дополнять.

Немецкое агентство по окружающей среде (Umweltbundesamt) включило DMSA и DMPS в список двух наиболее полезных и безопасных доступных хелатирующих агентов.

Когда использовать хелатные удобрения?

Все виды рассматриваемых препаратов делятся на две большие группы: они могут быть моно- и поликомпонентными, т.е. содержать один микроэлемент или несколько.

Главным условием применения хелатов является правильно выбранное время для внесения:

• Обработка семян непосредственно перед посадкой. Процедура устраняет возможные дефекты посевного материала и способствует его активному прорастанию. Подкормка защищает культуры от вредителей, а также грибковых, вирусных, бактериальных заболеваний.
• Высадка рассады в открытый грунт. При использовании рассматриваемой группы препаратов растения лучше приживаются, повышается их устойчивость к заболеваниям и вредителям. Этот этап очень важен, поскольку является фундаментом для будущего роста и развития насаждений.
• Образование цвета и бутонизация. Формирование соцветий и бутонов происходит быстрее и эффективнее благодаря хелатным средствам. В результате появляется большое количество плодовой завязи.
• Параллельно с применением пестицидов как уменьшение стресса после обработки химией и для удаления грибков, хлороза, фитофтороза. Выступает как защитное средство от негативного влияния ядохимикатов.
• При плодоношении. Возрастает урожайность, вкусовые и внешние качества плодов, их сахаристость, лежкость. Уменьшаются точечные поражения, количество нитратов.

Примеры

Выделяют 3 группы хелатных форм (в зависимости от соотношения заряда лиганда и иона металла).

1. Катионные. Наиболее распространенные представители – соединения полиаминов с ионами металлов. Лигандирующий агент в этом случае является нейтральным, поэтому общий заряд соединения определяется центральным ионом.
2. Анионные. Типичные анионные хелаты – комплексы на основе этилендиаминотетрауксусной кислоты (ЭДТА).
3. Нейтральные (внутрикомплексные соединения). Центральный положительный заряд нейтрализуется присоединением равного количества отрицательно заряженных лигандов, при этом образуется «внутренняя соль».

Многие металлы формируют устойчивые хелаты, которые способны к соединению в высокомолекулярные вещества. Этот эффект применяется для синтеза многокомпонентных высокодисперсных оксидных материалов, используемых для производства диэлектриков, высокотемпературных сверхпроводников и покрытий.

Cu(OH)2 2NH2CH2COOH→ 2H2O{displaystyle {mathsf {Cu(OH)_{2} 2NH_{2}CH_{2}COOHrightarrow 2H_{2}O}}}

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.

Хелатная форма магния

 Как усваиваются?

Хелатная аминокислота своими молекулами бережно обволакивает ион Mg и доносят его до места целым и невредимым в тонкий кишечник.

Как это происходит? Хелатированные формы имеют нейтральный рН к кислотности желудка и беспрепятственно проходит до тонкого кишечника, где идет основной процесс расщепления и максимального усвоения не требующих лишних энергетических затрат организма. Это главное отличие неорганических соединений вызывающие вздутие, расстройство пищеварения, образование камней в следствии отложения не растворимых частиц на стенках желудка и мочеполовой системе. Хотя есть случаи, что органические формы дают побочные эффекты. Может поэтому не стоит разжевывать таблетки, тем самым запуская процесс переваривания уже в ротовой полости, что бы избежать вздутия и понос.

Кстати, не только магний, но и другие металлы в хелатной форме легко усваиваются.

Хелатные кислоты – цитрат (лимонная),  цитрат-малат (яблочная), аспарагиновая, глициновая, L- треоновая, тауриновая, оротовая, пидолиновая.

Не каждый производитель предоставляет высокое качество усвоения, их мало. Рассмотрим самые лучшие, прошедшие клинические испытания препараты, с хелатными формами.

На айхерб, название препарата указывает.

1. Производителя.
2. Аминокислоту (если она одна).
3. Содержание магния в 2-х штуках.
4. Количество штук в таре.

Хелатная форма – что это?

Препараты Mg не выпускается в чистом виде, ему обязательно нужна аминокислота, которая является её хранителем, путеводителем. Самыми лучшими считаются хелатные формы.

Хелатированная форма — это образование продукта при реакции иона металла с лигандами (аминокислота, пептиды) в нужном соотношении: 1 ион металла на 1 до 3 лиганда, идеально 1 к 1 (сохраняется нейтральность соединения).

Наглядное понимание картины хелатного соединения

Это общее понятие хелатного образования. Вернёмся к нашему нутриенту Mg.

Наш организм очень чувствителен к недостатку какого-либо элемента и кто самый важный, трудно судить, всё, должно быть, в унисон

Магний один из необходимых элементов для человека, я писала большую статью о его важности здесь, можно ещё три написать, такой он нужный

Хелатные удобрения своими руками

Популярными являются жидкие хелаты. Они легко вносятся в почву, не требуют растворения и других манипуляций. Сухие удобрения необходимо предварительно развести в воде, поскольку в неразведенном виде они не работают.

  Способы применения удобрения “AgroMax”

Можно сделать удобрение самостоятельно в домашних условиях. Для подготовки 5 л готовой подкормки (концентрация 0,5%), содержащей железо, необходимо:

1. в 2 л дистиллированной воды (теплой) развести 8 г медного купороса;
2. в другой емкости растворить 5 г лимонной кислоты в 2 л воды;
3. перелить медленно, безостановочно помешивая, первый рабочий состав во второй;
4. долить дополнительно 1 л воды;
5. хорошо перемешать и сразу же использовать.

По аналогии можно сделать медный хелат, взяв 20 г медного купороса и 40 г аскорбиновой кислоты.

Недостатком домашнего приготовления удобрения является невозможность его хранения. Данный способ подходит как профилактика заболеваний. Для решения более серьезных проблем (хлороз, фитофтороз) лучше применять специализированные препараты.

Какие препараты содержат хелат кальция?

Популярные у нас добавки в большинстве своем являются неорганическими. Например, самыми распространенными соединениями является глюконат и карбонат (Компливит Кальций Д3, Кальций-Д3 Никомед, а также их «Форте» версии). Фармацевтическим фабрикам легко получать его, благодаря низкой себестоимости цена неорганических препаратов кальция относительно низкая. Однако, из них усваивается малая часть от всей дозировки таблетки или капсулы. Остальное усваивается плохо или не усваиваются организмом вовсе, выводясь как побочный продукт. Единственным неорганическим соединением, которое усваивается относительно хорошо является цитрат кальция — соединение с лимонной кислотой, но и он уступает по усвояемости хелатным формам.

Разнообразие органической формы относительно невелико по сравнению с неорганической, особенно на отечественном рынке. К наиболее популярным у нас относятся Кальций Хелат от Эвалар и Кальцемин Адванс, который отличается от обычного частично цитратным соединением.

Что такое хелаты

Что такое и зачем нужны хелаты? Название соединений этого типа происходит от chela – клешня по-латыни. Хелаты – особый тип веществ, внешне и по физико-химическим параметрам подобным химическим соединениям в общепринятом понимании. Но строение хелатов принципиально иное. Хелаты находят широкое применение в самых различных областях – от производства оружия массового поражения до фармацевтики, но мы далее ограничимся их свойствами и особенностями использования в качестве удобрений.

Хелатные удобрения

Общие понятия

Пример строения хелатного соединения

Пример строения хелата показан на рис. справа. Сильный катион (как правило, металла) как бы проваливается в «лунку» органического соединения (в данном случае этилендиаминтетрауксуной кислоты, EDTA), не образуя с ней настоящей химической связи. Вещества, способные хелатировать («цапать») ионы металлов, называются хелатирующими агентами или хелатообразователями. Далее, краткости ради, будем именовать их просто агентами. В свою очередь, «клешня» не дает иону «выпустить» свой электрический заряд и тем самым в полной мере проявить свои химические свойства. Молекулу-«клешню», облекающую ион в хелате, называют лигандом. Металл также влияет на лиганд, т.к. в процессе хелатообразования своим электрическим полем меняет его пространственную конфигурацию (см. рис. ниже), от чего существенно зависят свойства органических соединений. Лиганд в хелате и свободная молекула того же соединения это в сущности разные вещества, поскольку по свойствам отличаются сильнее пространственных изомеров. В результате хелат хорошо растворимого хелатообразователя и активного металла может оказаться химически весьма инертным и нерастворимым, а по виду совершенно непохожим на то и другое. Именно таким оказался первый синтетический хелат, полученный в 1905 г. Л. А. Чугаевым.

Схема образования хелата этилендиаминтетруксусной кислотой (EDTA)

Хелаты для удобрений

EDTA очень часто используется для промышленного приготовления удобрительных хелатов, т.к. прочно держит ион и конечные продукты весьма стабильны. Кроме того, этилендиаминтетрауксусная кислота может хелатировать и некоторые неметаллические микроэлементы питания растений, напр. бор. Чтобы хелат EDTA распался, нужно разрушить лиганд или «выдрать» из «клешни» металл. Так, напр., жидкие хелатированные удобрения практически все делаются на основе EDTA. Однако стойкость препарата может быть и помехой, если питательное вещество нужно отдать быстро и/или сквозь преграду, напр. при внекорневой подкормке, см. далее. Поэтому в агротехнике применяются и хелаты с двумя и более молекулами хелатирующих агентов, образующих лигандную оболочку. Используются для этого агенты, поляризованные молекулы которых имеют С-образную или (-образную конфигурацию, напр. лимонная кислота. Их стойкость на хранении ниже, а в растворе фактически нулевая, его нужно вносить немедленно по приготовлении. Но зато такие хелатообразователи не содержат азота и др. балластных или нежелательных в определенных условиях элементов; в почве, на воздухе и свету они быстро распадаются до углекислого газа и воды.

Схемы строения молекулы минерального удобрения и хелатного на основе слабого хелатирующего агента

Солевое удобрение это катион – элемент питания E и некоторый неорганический остаток R. Связаны они сильной химической связью (как правило ионной), т.е. валентные электроны E и R образуют общую оболочку. Слабые хелатообразователи ChA берут металл уже не в «клешню», а в кольцо, «дыру» в лигандовой оболочке L. Вся «конструкция» держится уже фактически кулоновскими силами электрического притяжения, в то время как в «клешнях» сильных хелатирующих агентов ионы удерживаются силами, примерно равными таковым координационных химических связей; существенную роль в этом играют квантовые эффекты.

Сравнение сил

Хелатные соединения в целом менее стойки, чем обусловленные «нормальными» химическими связями – они распадаются под влиянием различных внешних факторов: в химически активной среде, под воздействием тепла, света и даже просто на хранении. Поэтому естественных хелатов, напр., в виде горных пород, нет. Но скорость распада хелатов с сильными агентами на порядок-два ниже, чем со слабыми. Это уже качественное различие. Однако в том другом случае «захваченный» ион начинает действовать с задержкой относительно времени внесения удобрения

Именно это обстоятельство важно для агротехники. Поведение вернувшихся к исходной конфигурации молекул агента может быть различным, что также имеет значение.

В каких случаях лучше подойдет?

1. В детском и юношеском возрасте, ввиду усиленного роста.
2. Беременным женщинам. Будущий ребенок получает ежедневную норму именно из организма матери. Соответственно, потребление кальция должно быть увеличено, так как это необходимо и для материнского организма, который тоже нуждается в достаточном количестве микроэлементов.
3. Кормящим женщинам. Ребенок все полезные вещества в начале своей жизни младенец получает с материнским молоком.
4. Женщинам для красоты кожи, волос и ногтей.
5. Пожилым людям в связи с повышенным риском развития остеопороза.
6. При переломах и травмах для скорого восстановления вопросов со здоровьем.
7. Людям, которые испытывают повышенные физические нагрузки.

Поведение в почве

Удобрения на хелатной основе применяются в основном поливом под корень и для подкормок по листьям; реже – в форме водорастворимых гранул или микрокапсул. Плодородная почва – среда влажная, слабокислая или слабощелочная; нейтральные почвы с pH=(6,5-7,5) встречаются как исключение. Вследствие общих свойств хелатов (см. выше) поведение в ней хелатных удобрений существенно отличается от такового солевых.

Поведение в почве солевого минерального и хелатного удобрения

Солевое удобрение во влажной среде (слева на рис.) немедленно диссоциирует на ионы питательного элемента и остатка. Последний также может содержать питательные элементы или микроэлементы, напр., в калиевой селитре, суперфосфате, калимагнезии, сульфате магния и др. Поскольку ионы весьма подвижны, часть элементов питания неизбежно теряется. Диссоциация это просто-напросто залповый выброс. Концентрация ионов поначалу оказывается слишком высокой, что и понуждает их «разбредаться» как можно скорее. Оказывается возможной ситуация, когда растения недокормлены, а почва вне их объемов питания перенасыщена удобрением, что никак не идет на пользу экологии. Если дозировать внесение по максимуму, то вероятны и химические ожоги корней, и накопление посторонних веществ в плодах (чаще всего – нитратов).

Хелатные соединения в почве не диссоциируют, а распадаются на компоненты (справа на рис. выше) прежде всего под влиянием кислотности среды. Распад хелатов идет постепенно, т.к. кислотность почвы обусловлена гуминовыми веществами (ГВ). Расходуются на него почвенные кислоты, в первую очередь фульвовые. Кислотность падает, распад хелатов замедляется, но интенсифицируются процессы образования ГВ. Это снова провоцирует распад хелатов и т.д. Благодаря такому динамическому равновесию питательный элемент выделяется со скоростью, как бы «приноравливающейся» к текущим условиям. В результате вероятность ожогов корней и перекармливания растений уменьшается многократно.

Затем, катионы элемента питания, «не видя» анионов-партнеров, образуют комплексные соединения с другими почвенными кислотами – малоподвижными гуминовыми. Микроток в плодородном слое направлен к «насосам» – корням. Гуматы концентрируются в корневом коме, а вне объема питания их концентрация падает. Это по законам химического равновесия сдвигает почвенные процессы в сторону образования гуминовых кислот. Подвижные фульвовые связываются остатками лигандов и теряют способность быстро и далеко «растаскивать» питательные вещества. В целом же почва лучше сохраняет плодородие и меньше выщелачивается.

EDTA или «лимонка»?

Хелаты на слабых агентах в достаточно тучных и увлажненных почвах распадаются очень быстро. Удобрения на их основе в таких условиях применимы для лечебных (напр. от хлороза) или срочных питательных подкормок, но в качестве текущих сезонных мало эффективны, а вероятность перекармливания растений приближается к таковой минеральными солями.

Удобрения, хелатированные EDTA, на кислых и слабокислых почвах дозируют выделение элементов питания вполне приемлемо. Но один из продуктов их распада – этилен. Этот легкий газ – фитогормон, ускоряющий созревание плодов. Что и может произойти в ущерб их товарным качествам – крупности, сочности, вкусу. В общем, на своем участке начинать применение хелатных удобрений нужно с минимальных рекомендованных инструкцией доз, а далее вносить проверенные.