คีเลตของแร่ธาตุอนินทรีย์มีความคล้ายคลึงกับสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพมาก คุณสมบัตินี้ใช้ในการเกษตรเพื่อผลิตปุ๋ยและอาหารเสริมที่มีคุณค่าสำหรับสัตว์เลี้ยง ในทางการแพทย์ สารประกอบดังกล่าวใช้เป็นยาแก้พิษและอาหารเสริม
"รูปแบบคีเลต" หมายถึงอะไร
คีเลตเป็นสารเชิงซ้อนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของไอออนโลหะที่มีประจุบวก (อะตอมกลางของสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อน) กับลิแกนด์ที่สร้างสารประกอบทางเคมีที่มีชีวโมเลกุลหลายประเภท พูดง่ายๆ คีเลตเป็นส่วนผสมของแร่ธาตุและสารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อน แกนด์ประกอบด้วยกรดอะมิโน เปปไทด์ โปรตีน พิวรีน พอร์ไฟริน แมคโครไลด์ เช่นเดียวกับอะนาลอกสังเคราะห์ของพวกมัน (คราวน์ อีเธอร์ คริปแทนด์)
คีเลตลิแกนด์ต้องมีกลุ่มฟังก์ชันมากกว่า 2 กลุ่มที่สามารถสร้างพันธะโควาเลนต์และโครงสร้างวงแหวนด้วยโลหะได้ คำว่า "คีเลต" มาจากภาษาละติน chela ("กรงเล็บ") ภายนอกรูปร่างของสารเคมีเหล่านี้คล้ายกับกรงเล็บของปูถือแร่
ในธรรมชาติที่สดใสที่สุดตัวแทนของสารประกอบที่มีพอร์ไฟรินประเภทนี้คือเฮโมโกลบินของมนุษย์ โดยที่ Fe (เหล็กคีเลต) และคลอโรฟิลล์ (แมกนีเซียมคีเลต) ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางของสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อน เทคโนโลยีชีวเคมีสมัยใหม่ทำให้ได้สารดังกล่าวในรูปแบบต่างๆ
ตัวอย่าง
มีรูปแบบคีเลต 3 กลุ่ม (ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของประจุของลิแกนด์และไอออนของโลหะ)
- ประจุบวก. ตัวแทนที่พบบ่อยที่สุดคือสารประกอบโพลีเอมีนที่มีไอออนของโลหะ สารลิแกนด์ในกรณีนี้เป็นกลาง ดังนั้นประจุทั้งหมดของสารประกอบจะถูกกำหนดโดยไอออนกลาง
- ประจุลบ. คีเลตประจุลบทั่วไปคือสารเชิงซ้อนที่มีกรดเอทิลีนไดอะมิโนเตตราอะซิติก (EDTA)
- เป็นกลาง (สารประกอบในเชิงซ้อน). ประจุบวกจากส่วนกลางถูกทำให้เป็นกลางโดยการเพิ่มลิแกนด์ที่มีประจุลบจำนวนเท่ากัน ทำให้เกิด "เกลือใน"
โลหะหลายชนิดก่อตัวเป็นคีเลตที่มีความเสถียรซึ่งสามารถรวมตัวเป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ได้ ผลกระทบนี้ใช้กับการสังเคราะห์วัสดุออกไซด์ที่มีการกระจายตัวสูงแบบหลายองค์ประกอบที่ใช้สำหรับการผลิตไดอิเล็กตริก ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง และสารเคลือบ
คุณสมบัติทางชีวภาพ
คีเลตแร่ธาตุคือสารที่มีคุณสมบัติอันทรงคุณค่าหลายประการ เช่น:
- ทนต่อความเป็นกรดต่างๆ ของสิ่งแวดล้อมและภายใต้อิทธิพลของจุลินทรีย์ได้สูง
- ดูดซับและละลายน้ำได้ดี
- กิจกรรมทางชีวภาพของโลหะ ผิดปกติสำหรับพวกเขาในสถานะอิสระ
- มีความเป็นพิษน้อยกว่าเมื่อเทียบกับสารประกอบรูปแบบอื่น
- การดูดซึมสูง กล่าวคือ ย่อยได้ดีทั้งพืชและสัตว์
- ไม่มีตะกอนที่ไม่ละลายน้ำ
แร่ธาตุส่วนใหญ่จะถูกดูดซึมในลำไส้เล็ก และรูปแบบคีเลตที่เสถียรกว่าจะปกป้องพวกเขาจากการถูกทำลายโดยกรดไฮโดรคลอริกในกระเพาะอาหาร คุณสมบัตินี้ใช้ในยาและการเลี้ยงสัตว์เพื่อชดเชยการขาดสารอาหารรอง
การผลิต
รูปแบบของสารประกอบคีเลตได้มาจากคีเลชั่น (หรือคีเลชั่น) คำนี้ไม่เป็นที่รู้จักโดยทั่วไปในวิทยาศาสตร์เคมี วิธีที่ง่ายที่สุดคือการผสมสารละลายของเกลือโลหะกับสารคีเลต อย่างหลัง สารอินทรีย์เช่น:
- nitrilotriacetic, ethylenediaminetetraacetic และ ethylene glycoltetraacetic acid;
- ทริส (คาร์บอกซีเมทิล) เอทิลีนไดเอมีน;
- กรดไฮดรอกซีเอทิลดีนไดฟอสโฟนิก;
- ไลซีน;
- เมไทโอนีนและอื่น ๆ
กรดอะมิโนและเปปไทด์ขนาดเล็กถูกเตรียมภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์ในห้องปฏิบัติการ เมื่อใช้กระบวนการคีเลชั่น พารามิเตอร์ต่อไปนี้จะถูกนำมาพิจารณา:
- ความเป็นกรดของสิ่งแวดล้อม (ถ้าจำเป็น ให้เติมด่าง);
- อุณหภูมิ;
- อัตราส่วนของสาร;
- ความสามารถในการละลายกรดอะมิโน
คีเลตคอมเพล็กซ์ที่ตกตะกอนถูกล้างในน้ำกลั่นแล้วเช็ดให้แห้ง
การใช้งานทางการเกษตร
ปุ๋ยคีเลตมีประโยชน์ดังต่อไปนี้:
- ใกล้ชิดกับโครงสร้างทางชีวภาพ เนื่องจากสารใดเจาะเยื่อหุ้มเซลล์พืชได้ง่าย
- ปรับปรุงความสามารถในการละลาย
- บริโภคปุ๋ยคีเลตน้อยกว่าเกลือทั่วไป
- เป็นไปได้ทั้งทางรากและทางใบ
- เพิ่มความงอกของเมล็ด
- ความเป็นพิษต่อพืชต่ำ
- ความเสถียรในระดับต่าง ๆ ของความเป็นกรดของดิน
- เข้ากันได้ดีกับสารเคมีและยาฆ่าแมลงอื่นๆ
คีเลตเหล็กมีความสำคัญมากที่สุด เนื่องจากธาตุนี้พบในเนื้อเยื่อพืชในปริมาณที่มากกว่าโลหะอื่นๆ การขาดมันนำไปสู่การพัฒนาของโรคต่าง ๆ รวมถึงคลอโรซิส นอกจากนี้ยังใช้คีเลตอื่น ๆ เช่นทองแดงสังกะสีโบรอนซึ่งกระตุ้นการเจริญเติบโตของพืชและการก่อตัวของรังไข่ ในช่วงเริ่มต้นของฤดูปลูก ขอแนะนำให้เลี้ยงด้วยแคลเซียมคีเลต ซึ่งจะช่วยส่งเสริมการพัฒนาระบบราก
การใช้สัตว์
คีเลตของไมโครอิลิเมนต์ใช้เพื่อเสริมโภชนาการของสัตว์เลี้ยงในฟาร์มและนกทุกประเภท สารเหล่านี้ที่มีความเข้มข้นเพียงเล็กน้อยสามารถทดแทนแร่ธาตุอนินทรีย์ได้ถึง 40% และมีผลดังต่อไปนี้:
- เพิ่มภูมิคุ้มกันความแข็งแรงระหว่างเจ็บป่วย ตั้งครรภ์ของหญิง หรือในสภาวะที่ไม่พึงประสงค์
- ปรับปรุงการทำงานของระบบสืบพันธุ์
- ลดจำนวนเซลล์โซมาติกในนม ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพ (ความคงตัวทางความร้อนและคุณสมบัติทางเทคโนโลยีอื่นๆ)
- การเร่งการเจริญเติบโตของสัตว์เล็ก
ธาตุเหล็กคีเลตซึ่งต่างจากซัลเฟต ซึ่งสามารถข้ามสิ่งกีดขวางรกได้อย่างง่ายดาย จากการศึกษาพบว่าการเพิ่มวิตามินนี้ในอาหารของแม่สุกรช่วยส่งเสริมการคลอดบุตรที่มีน้ำหนักมากในภายหลังและป้องกันไม่ให้เกิดภาวะขาดธาตุเหล็ก
จากการใช้แมกนีเซียมคีเลต ทำให้คุณภาพของซากสัตว์ดีขึ้น ไขมันในร่างกายลดลง สารประกอบทองแดงและแมงกานีสช่วยป้องกัน chondromatosis ของกระดูกและโรคหลอดเลือดหัวใจในสัตว์ปีก
ยา
ในยา สารประกอบในรูปคีเลตใช้เพื่อวัตถุประสงค์ต่อไปนี้:
- ยาแก้พิษสำหรับพิษเฉียบพลันและเรื้อรังด้วยโลหะหนักและสารพิษอื่นๆ ("Unithiol", "Tetacin-calcium") เมื่อนำไปใช้ สารที่เป็นอันตรายจะถูกจับเข้ากับสารเชิงซ้อนประเภทคีเลตแบบปิด
- ยาต้านมะเร็ง ("ซิสพลาติน" และอื่นๆ) ยาจะแทรกซึมเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ที่ได้รับผลกระทบ สร้างการเชื่อมต่อที่เสถียรกับ DNA ซึ่งป้องกันไม่ให้พวกมันสืบพันธุ์เอง
- เตรียมวิตามิน (ส่วนใหญ่มักเป็นแคลเซียมและธาตุเหล็ก)
สารเหล่านี้ไม่ก่อตัวต่างจากไอออนโลหะอิสระสารประกอบที่มีองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ ในกระเพาะอาหารและลำไส้จึงถูกดูดซึมเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ได้ดีขึ้น ในเรื่องนี้บนพื้นฐานของคีเลต เป็นไปได้ที่จะสร้างยาและอาหารเสริมสำหรับคนรุ่นใหม่
