Etilendiamintetraocetna kislina

Povzeto po Ethylenediaminetetraacetic acid from Wikipedia, the free encyclopedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Ethylenediaminetetraacetic_acid

Koncepti koordinacijske kemije

V koordinacijski kemiji je EDTA 4- član družine ligandov aminopolikarboksilne kisline. EDTA 4- se običajno veže na kovinski kation prek dveh aminov in štirih karboksilatov, kar pomeni, da je heksadentatno (šestvezno) kelatno sredstvo. Številne nastale koordinacijske spojine zavzemajo oktaedrično geometrijo. Čeprav nimajo velikega vpliva na svoje aplikacije, so oktaedrski kompleksi kiralni. Kobaltatni (III) anion [Co(EDTA)] - je bil razdeljen na enantiomere [29]. Številni kompleksi EDTA 4- zavzamejo bolj zapletene strukture, bodisi zaradi dodatne vezi z vodo (tj. koordinacijsko število sedem), bodisi zaradi izpodrivanja ene karboksilatne enote z vodo. Kompleks železa (III) EDTA ima koordinacijsko število sedem [30]. Prvotno delo pri razvoju EDTA je opravil Gerold Schwarzenbach v 40. letih prejšnjega stoletja [31]. EDTA tvori posebej močne komplekse z Mn (II), Cu(II), Fe(III), Pb(II) ter Co (III) [32].

Več lastnosti kompleksov EDTA je ključnega pomena za njihove aplikacije. Zaradi visoke dentatnosti ima ta ligand visoko afiniteto za kovinske katione:

[Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + H 4 EDTA ⇌ [Fe(EDTA)] - + 6 H 2 O + 4 H + K eq = 10 25.1

Tako zapisan ravnotežni količnik kaže, da kovinski ioni tekmujejo s protoni za vezavo na EDTA. Ker so kovinski ioni v kompleksu obdani z EDTA, so njihove katalitične lastnosti pogosto zatrte. Ker so kompleksi EDTA 4− anionski, so ponavadi zelo topni v vodi. Zaradi tega lahko EDTA raztopi nanose kovinskih oksidov in karbonatov.

Vrednosti pKa proste EDTA so 0; 1,5; 2; 2,66 (deprotonacija štirih karboksilnih skupin) in 6,16; 10,24 (deprotonacija dveh amino skupin) [33].

Vpliv na okolje

Abiotska razgradnja

Zaradi razširjene uporabe EDTA, se pojavlja vprašanje, ali bi ga morali uvrščati pod persistentne organske onesnaževalce (s kratico POPs). Čeprav ima EDTA veliko pozitivnih učinkov na različnih industrijskih, farmacevtskih in drugih področjih, lahko njegova trdoživost povzroči resne težave v okolju. Razgradnja EDTA je namreč počasna. Nastopi predvsem abiotsko ob prisotnosti sončne svetlobe [34].

Najpomembnejši proces za izločanje EDTA iz površinskih voda je neposredna fotoliza pri valovnih dolžinah pod 400 nm [35]. Od svetlobnih pogojev je odvisen fotolizni razpolovni čas železa(III) EDTA v površinskih vodah, ki lahko znaša od 11,3 minut do več kot 100 ur [36]. Pri razgradnji FeEDTA, vendar ne same EDTA, se proizvajajo železovi kompleksi triacetata (ED3A), diacetata (EDDA) in monoacetata (EDMA) – 92 % EDDA in EDMA se biološko razgradi v 20 urah, medtem ko ED3A kaže znatno večjo odpornost. Številne v okolju obogatene vrste EDTA (kot sta Mg 2+ in Ca 2+ ) so bolj obstojne.

Biorazgradnja

V mnogih čistilnih napravah za odpadne industrijske vode je mogoče z uporabo mikroorganizmov doseči okrog 80% odstranitev EDTA [37]. Stranska produkta, ki izhajata iz eliminacije EDTA, sta triacetat (ED3A) in iminodiocetna kislina (IDA) - kar nakazuje na to, da sta bili napadeni tako ogrodje molekule kot nanjo vezane acetilne funkcionalne skupine. Odkrili so celo, da nekateri mikroorganizmi tvorijo nitrate iz EDTA, vendar slednji delujejo optimalno zgolj pri zmerno alkalnih pogojih, pri pH 9.0 - 9.5 [38].

Več sevov bakterij, izoliranih iz čistilnih naprav, učinkovito razgrajuje EDTA. Med te sodijo specifični sevi rodu Agrobacterium radiobacter ATCC 55002 [39] in podveje sevov Pseudomonadota, kot so BNC1, BNC2 [40] in sev DSM 9103 [41]. Ti trije sevi imajo podobne lastnosti aerobnega dihanja in jih uvrščamo med gram-negativne bakterije. Za razliko od fotolize, razgradnja kelatiranih zvrsti ni omejena na železo(III) za razgradnjo EDTA. Bolje rečeno, vsak sev ima edinstveno sposobnost prek večih encimskih poti razgraditi različne komplekse kovina-EDTA. Sev Agrobacterium radiobacter je zmožen razgraditi samo železove(III) EDTA komplekse [40], medtem ko slednjega bakterijska seva BNC1 in DSM 9103 ne moreta razgraditi, sta pa primernejša za razgradnjo kalcijevih, barijevih, magnezijevih in manganovih(II) kompleksov z EDTA [42]. Pred razgradnjo kovinskih kompleksov z EDTA je nujno potrebna disociacija.

Alternative EDTA

Zanimanje za okoljsko varnost je sprožilo pomisleke glede biološke razgradljivosti aminopolikarboksilatov, kot je EDTA. Ti pomisleki spodbujajo raziskovanje alternativnih aminopolikarboksilatov [34]. Kandidati za primerne kelate vključujejo nitriloocetno kislino (NTA), iminodisukcinsko kislino (IDS), poliasparaginsko kislino, S,S-etilendiamin-N,N'-disukcinsko kislino (EDDS), metilglicindiocetno kislino (MGDA) in L-glutaminsko kislino N,N-diocetne kisline, tetranatrijeva sol (GLDA) [43].

Iminodisukcinska kislina (IDS)

Iminodisukcinska kislina (IDS), ki se komercialno uporablja vse od leta 1998, se razgradi po biološki poti za okoli 80% že po zgolj 7 dneh. Poleg tega se izjemno dobro veže na kalcij in tvori stabilne spojine tudi z drugimi ioni težkih kovin. Poleg manjše toksičnosti po kelaciji iminodisukcinsko kislino uspešno razgrajuje sev bakterij Agrobacterium tumefaciens (BY6), ki jo je mogoče gojiti velikem obsegu. Vključena encima, IDS epimeraza in C-N liaza, ne potrebujeta nobenih kofaktorjev [44].

Poliasparaginska kislina

Poliasparaginska kislina se tako kot iminodisukcinska kislina veže na kalcij in druge ione težkih kovin. Odlikujejo jo številne praktične aplikacije, deluje lahko kot zaviralec korozije, dodatek za odpadne vode in polimer za aplikacije v kmetijstvu. Detergent za pranje perila na osnovi poliasparaginske kisline je bil prvi detergent za pranje perila na svetu, ki je prejel ekološki znak rože EU (EU flower) [45]. Sposobnost poliasparaginske kisline, da veže kalcij, je bila izkoriščena za usmerjanje nanonosilcev, založenih z zdravili, do kosti.[46] Priprava hidrogelov na osnovi poliasparaginske kisline v različnih fizičnih oblikah, od vlaken do delcev, lahko potencialno omogoči enostavno ločevanje keliranih ionov iz raztopine [47]. Kljub temu, da je poliasparaginska kislina šibkejša od EDTA, jo lahko zaradi teh lastnosti, pa tudi zaradi biokompatibilnosti in biorazgradljivosti, še vedno obravnavamo kot uporabno alternativo [48].

S,S-etilendiamin-N,N'-disukcinska kislina (EDDS)

Strukturni izomer EDTA, etilendiamin-N,N'-disukcinska kislina (EDDS), se v svoji S,S obliki zlahka biološko razgradi [49].

Metilglicindiocetna kislina (MGDA)

Trinatrijev dikarboksimetil alaninat, znan tudi kot metilglicindiocetna kislina (MGDA), ima visoko stopnjo biološke razgradnje pri več kot 68 %, vendar se za razliko od mnogih drugih kelatnih sredstev lahko razgradi brez pomoči prilagojenih bakterij. Poleg tega lahko MGDA za razliko od EDDS ali IDS prenese višje temperature, hkrati pa ohranja visoko stabilnost v celotnem območju pH. Izkazalo se je, da je MGDA učinkovito kelatno sredstvo s sposobnostjo mobilizacije, ki je primerljiva z zmogljivostjo nitrilotriocetne kisline (NTA). Učinkovito deluje pri nanosu na vodo za industrijsko uporabo in pri odstranjevanju kalcijevega oksalata iz urina bolnikov z ledvičnimi kamni [50].

Metode detekcije in analize

Najobčutljivejša metoda zaznavanja in merjenja EDTA v bioloških vzorcih je masna spektrometrija s kapilarno elektroforezo s spremljanjem izbrane reakcije (SRM-CE/MS), ki ima v človeški plazmi mejo detekcije 7,3 ng/mL in mejo določljivosti 15 ng/mL. Ta metoda deluje pri zelo majhnih volumnih vzorcev, saj potrebujemo le 7–8 nL vzorca [51].

EDTA so izmerili tudi v brezalkoholnih pijačah s tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti (HPLC) na ravni 2,0 μg/mL [52,53].

V popularni kulturi

V filmu Blade (1998) se EDTA uporablja kot orožje za ubijanje vampirjev, ki eksplodira ob stiku z vampirsko krvjo [54].

Viri

1. Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book). Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2014. pp. 79, 123, 586, 754. ISBN 978-0-85404-182-4.

2. Raaflaub, J. (1956) Methods Biochem. Anal. 3, 301–324.

3. Substance Name: Sodium calcium edetate. NIH.gov

4. Hart, J. Roger. "Ethylenediaminetetraacetic Acid and Related Chelating Agents". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a10_095.

5. Furia, T. (1964). "EDTA in Foods – A technical review". Food Technology. 18 (12): 1874–1882.

6. US Food and Drug Administration: Center for Food Safety and Applied Nutrition Questions and Answers on the Occurrence of Benzene in Soft Drinks and Other Beverages

7. Taylor, H. F. W. (1990). Cement Chemistry. Academic Press. ISBN 978-0-12-683900-5.

8. Norvell, W. A.; Lindsay, W. L. (1969). "Reactions of EDTA Complexes of Fe, Zn, Mn, and Cu with Soils". Soil Science Society of America Journal. 33 (1): 86. Bibcode:1969SSASJ..33...86N. doi:10.2136/sssaj1969.03615995003300010024x.

9. Powell, J. E.; Spedding, F. H. (1956). "Basic Principles Involved in the Macro-Separation of Adjacent Rare Earths from Each Other by Means of Ion Exchange": 1–47. doi:10.2172/4289324. S2CID 93195586 – via Office of Scientific and Technical Information.

10. DeBusk, Ruth; et al. (2002). "Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)". University of Maryland Medical Center. Archived from the original on 2007-05-04.

11. Soveri, Inga; Berg, Ulla B.; Björk, Jonas; Elinder, Carl-Gustaf; Grubb, Anders; Mejare, Ingegerd; Sterner, Gunnar; Bäck, Sten-Erik (September 2014). "Measuring GFR: A Systematic Review". American Journal of Kidney Diseases. 64 (3): 411–424. doi:10.1053/j.ajkd.2014.04.010. PMID 24840668.

12. Banfi, G; Salvagno, G. L; Lippi, G (2007). "The role of ethylenediamine tetraacetic acid (EDTA) as in vitro anticoagulant for diagnostic purposes". Clinical Chemistry and Laboratory Medicine. 45 (5): 565–76. doi:10.1515/CCLM.2007.110. PMID 17484616. S2CID 23824484.

13. "ORDER OF DRAW FOR MULTIPLE TUBE COLLECTIONS" (PDF). Michigan Medicine Laboratories. 2019-09-15. Retrieved 2020-03-27.

14. Kadry, A. A.; Fouda, S. I.; Shibl, A. M.; Abu El-Asrar, A. A. (2009). "Impact of slime dispersants and anti-adhesives on in vitro biofilm formation of Staphylococcus epidermidis on intraocular lenses and on antibiotic activities". Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 63 (3): 480–4. doi:10.1093/jac/dkn533. PMID 19147522.

15. Seely, D. M.; Wu, P.; Mills, E. J. (2005). "EDTA chelation therapy for cardiovascular disease: a systematic review". BMC Cardiovasc Disord. 5 (32): 480–484. doi:10.1186/1471-2261-5-32. PMC 1282574. PMID 19147522.

16. Green, Saul; Sampson, Wallace (December 14, 2002). "EDTA Chelation Therapy for Atherosclerosis And Degenerative Diseases: Implausibility and Paradoxical Oxidant Effects". Quackwatch. Retrieved 16 December 2009.

17. "Postmarket Drug Safety Information for Patients and Providers – Questions and Answers on Edetate Disodium (marketed as Endrate and generic products)". U.S. Food and Drug Administration.

18. Lanigan, R. S.; Yamarik, T. A. (2002). "Final report on the safety assessment of EDTA, calcium disodium EDTA, diammonium EDTA, dipotassium EDTA, disodium EDTA, TEA-EDTA, tetrasodium EDTA, tripotassium EDTA, trisodium EDTA, HEDTA, and trisodium HEDTA". International Journal of Toxicology. 21 Suppl. 2 (5): 95–142. doi:10.1080/10915810290096522. PMID 12396676. S2CID 83388249.

19. Domínguez, K.; Ward, W. S. (December 2009). "A novel nuclease activity that is activated by Ca2+ chelated to EGTA". Systems Biology in Reproductive Medicine. 55 (5–6): 193–199. doi:10.3109/19396360903234052. PMC 2865586. PMID 19938954

20. Lopata, Anna; Jójárt, Balázs; Surányi, Éva V.; Takács, Enikő; Bezúr, László; Leveles, Ibolya; Bendes, Ábris Á; Viskolcz, Béla; Vértessy, Beáta G.; Tóth, Judit (October 2019). "Beyond Chelation: EDTA Tightly Binds Taq DNA Polymerase, MutT and dUTPase and Directly Inhibits dNTPase Activity". Biomolecules. 9 (10): 621. doi:10.3390/biom9100621. PMC 6843921. PMID 31627475.

21 Carvajal, Nelson; Orellana, María S; Bórquez, Jessica; Uribe, Elena; López, Vasthi; Salas, Mónica (2004-08-01). "Non-chelating inhibition of the H101N variant of human liver arginase by EDTA". Journal of Inorganic Biochemistry. 98 (8): 1465–1469. doi:10.1016/j.jinorgbio.2004.05.005. ISSN 0162-0134. PMID 15271525.

22. Bhattacharyya, D K; Adak, S; Bandyopadhyay, U; Banerjee, R K (1994-03-01). "Mechanism of inhibition of horseradish peroxidase-catalysed iodide oxidation by EDTA". Biochemical Journal. 298 (Pt 2): 281–288. doi:10.1042/bj2980281. ISSN 0264-6021. PMC 1137937. PMID 8135732.

23. Auld, D. S. (1995). Removal and replacement of metal ions in metallopeptidases. Methods in Enzymology. Vol. 248. pp. 228–242. doi:10.1016/0076-6879(95)48016-1. ISBN 9780121821494. PMID 7674923.

24. Choppin, Gregory; Liljenzin, Jan-Olov; Rydberg, Jan; Ekberg, Christian (2013). "Chapter 20 - Nuclear Power Reactors". Radiochemistry and Nuclear Chemistry (Fourth ed.): 655–684. doi:10.1016/B978-0-12-405897-2.00020-3. ISBN 9780124058972.

25. Paolieri, Matteo (December 2017). "Ferdinand Münz: EDTA and 40 years of inventions". Bull. Hist. Chem. ACS. 42 (2): 133–140.

26. US 2130505, Münz, Ferdinand, "Polyamino carboxylic acids and process of making same", published 1938-09-20, assigned to General Aniline Works Ltd.. Also DE 718981, Münz, Ferdinand, "Verfahren zum Unschädlichmachen der Härtebildner des Wassers [Process for rendering the hardness components of water harmless]", published 1938-09-20, assigned to I. G. Farbenindustrie

27. "Industrial Synthesis of EDTA". University of Bristol.

28. Solans, X.; Font Altaba, M.; García Oricain, J. (1984). "Crystal Structures of Ethylenediaminetetraacetato Metal Complexes. V. Structures Containing the [Fe(C10H12N2O8)(H2O)]− Anion". Acta Crystallographica Section C. 40 (4): 635–638. doi:10.1107/S0108270184005151.

29. Kirchner, S.; Gyarfas, Eleonora C. (1957). Barium (Ethylenediaminetetracetato) Cobalt(III) 4-Hydrate. Inorganic Syntheses. Vol. 5. pp. 186–188. doi:10.1002/9780470132364.ch52. ISBN 9780470132364.

30. López Alcalá, J. M.; Puerta Vizcaíno, M. C.; González Vílchez, F.; Duesler, E. N.; Tapscott, R. E. (1984). "A redetermination of sodium aqua[ethylenediaminetetraacetato(4−)ferrate(III) dihydrate, Na[Fe(C10H12N2O8)(H2O)]·2H2O"]. Acta Crystallogr C. 40 (6): 939–941. doi:10.1107/S0108270184006338.

31. Sinex, Scott A. "EDTA – A Molecule with a Complex Story". University of Bristol.

32. Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001). Inorganic Chemistry. San Diego: Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9.

33. Hans Peter Latscha: Analytische Chemie. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-18493-2, p. 303.

34. Bucheli-Witschel, M.; Egli, T. (2001), "DAB: Environmental Fate and Microbial Degradation of Aminopolycarboxylic Acids", FEMS Microbiology Reviews, 25 (1): 69–106, doi:10.1111/j.1574-6976.2001.tb00572.x, PMID 11152941

35. Kari, F. G. (1994). Umweltverhalten von Ethylenediaminetetraacetate (EDTA) under spezieller Berucksuchtigung des photochemischen Ab-baus (PhD). Swiss Federal Institute of Technology.

36. Frank, R.; Rau, H. (1989). "Photochemical transformation in aqueous solution and possible environmental fate of Ethylenediaminetetraacetatic acid (EDTA)". Ecotoxicology and Environmental Safety. 19 (1): 55–63. doi:10.1016/0147-6513(90)90078-j. PMID 2107071.

37. Kaluza, U.; Klingelhofer, P.; K., Taeger (1998). "Microbial degradation of EDTA in an industrial wastewater treatment plant". Water Research. 32 (9): 2843–2845. doi:10.1016/S0043-1354(98)00048-7.

38. VanGinkel, C. G.; Vandenbroucke, K. L.; C. A., Troo (1997). "Biological removal of EDTA in conventional activated-sludge plants operated under alkaline conditions". Bioresource Technology. 32 (2–3): 2843–2845. doi:10.1016/S0960-8524(96)00158-7

39. Lauff, J. J.; Steele, D. B.; Coogan, L. A.; Breitfeller, J. M. (1990). "Degradation of the ferric chelate of EDTA by a pure culture of an Agrobacterium sp". Applied and Environmental Microbiology. 56 (11): 3346–3353. Bibcode:1990ApEnM..56.3346L. doi:10.1128/AEM.56.11.3346-3353.1990. PMC 184952. PMID 16348340.

40. Nortemannl, B (1992). "Total degradation of EDTA by mixed culturesand a bacterial isolate". Applied and Environmental Microbiology. 58 (2): 671–676. Bibcode:1992ApEnM..58..671N. doi:10.1128/AEM.58.2.671-676.1992. PMC 195300. PMID 16348653.

41. Witschel, M.; Weilemann, H.-U.; Egli, T. (1995). Degradation of EDTA by a bacterial isolate. Poster presented at the 45th Annual Meeting of the Swiss Society for Microbiology (Speech). Lugano, Switzerland.

42. Hennekenl, L.; Nortemann, B.; Hempel, D. C. (1995). "Influence of physiological conditions on EDTA degradation". Applied and Environmental Microbiology. 44 (1–2): 190–197. doi:10.1007/bf00164501. S2CID 30072817.

43. Tandy, Susan; Bossart, Karin; Mueller, Roland; Ritschel, Jens; Hauser, Lukas; Schulin, Rainer; Nowack, Bernd (2004). "Extraction of Heavy Metals from Soils Using Biodegradable Chelating Agents". Environmental Science & Technology. 38 (3): 937–944. Bibcode:2004EnST...38..937T. doi:10.1021/es0348750. PMID 14968886.

44. Cokesa, Z.; Knackmuss, H.; Rieger, P. (2004), "Biodegradation of All Stereoisomers of the EDTA Substitute Iminodisuccinate by Agrobacterium Tumefaciens BY6 Requires an Epimerase and a Stereoselective C−N Lyase", Applied and Environmental Microbiology, 70 (7): 3941–3947, Bibcode:2004ApEnM..70.3941C, doi:10.1128/aem.70.7.3941-3947.2004, PMC 444814, PMID 15240267

45. Thomas Klein, Ralf-Johann Moritz and René Graupner (2008). Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.l21_l01.

46. Adelnia, Hossein; Tran, Huong D.N.; Little, Peter J.; Blakey, Idriss; Ta, Hang T. (2021-06-14). "Poly(aspartic acid) in Biomedical Applications: From Polymerization, Modification, Properties, Degradation, and Biocompatibility to Applications". ACS Biomaterials Science & Engineering. 7 (6): 2083–2105. doi:10.1021/acsbiomaterials.1c00150. hdl:10072/404497. PMID 33797239. S2CID 232761877.

47. Adelnia, Hossein; Blakey, Idriss; Little, Peter J.; Ta, Hang T. (2019). "Hydrogels Based on Poly(aspartic acid): Synthesis and Applications". Frontiers in Chemistry. 7: 755. Bibcode:2019FrCh....7..755A. doi:10.3389/fchem.2019.00755. ISSN 2296-2646. PMC 6861526. PMID 31799235.

48. Hasson, David; Shemer, Hilla; Sher, Alexander (2011-06-15). "State of the Art of Friendly "Green" Scale Control Inhibitors: A Review Article". Industrial & Engineering Chemistry Research. 50 (12): 7601–7607. doi:10.1021/ie200370v. ISSN 0888-5885.

49. Tandy, S.; Ammann, A.; Schulin, R.; Nowack, B. (2006). "Biodegredation and speciation of residual SS-ethylenediaminedisuccinic acid (EDDS) in soil solution left after soil washing". Environmental Pollution. 142 (2): 191–199. doi:10.1016/j.envpol.2005.10.013. PMID 16338042.

50. Bretti, Clemente; Cigala, Rosalia Maria; De Stefano, Concetta; Lando, Gabriele; Sammartano, Silvio (2017). "Thermodynamic solution properties of a biodegradable chelant (MGDA) and its interaction with the major constituents of natural fluids". Fluid Phase Equilibria. 434: 63–73. doi:10.1016/j.fluid.2016.11.027.

51. Sheppard, R. L.; Henion, J. (1997). "Peer Reviewed: Determining EDTA in Blood". Analytical Chemistry. 69 (15): 477A–480A. doi:10.1021/ac971726p. PMID 9253241.

52. Loyaux-Lawniczak, S.; Douch, J.; Behra, P. (1999). "Optimisation of the analytical detection of EDTA by HPLC in natural waters". Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. 364 (8): 727. doi:10.1007/s002160051422. S2CID 95648833.

53. Cagnasso, C. E.; López, L. B.; Rodríguez, V. G.; Valencia, M. E. (2007). "Development and validation of a method for the determination of EDTA in non-alcoholic drinks by HPLC". Journal of Food Composition and Analysis. 20 (3–4): 248. doi:10.1016/j.jfca.2006.05.008.

54. "Blade (1998)". Internet Movie Database (IMDb). Retrieved 2022-11-14.