Şelasyon

Şelasyon (çelasyon, veya kıskaçlama terimleri de kullanılır) iki veya çok dişli bir kimyasal ligandın iyonik bir substrata bağlanması veya komplekslenmesidir. Bu ligandlar, ki genelde organik bileşiklerdir, şelatör veya şelat ajanı olarak adlandırılır (diğer kullanılan terimler: şelant, çelatör, çelant, kıskaçlayıcı, iyon tutucu).  Şelatörler, ASTM-A-380 standardına göre, "belli metal iyonları ile suda çözünür kompleksler oluşturan kimyasallardır, bu sayede iyonu etkinsizleştirerek onun başka elementler veya iyonlarla tepkitmeyerek, çökelek veya tortu oluşmamasını sağlar". Ligand, substrat ile birleşip bir şelat kompleksi meydana getirir (çelat terimi de kullanılır). Bu terim, metal iyonunu şelatördeki iki veya daha çok atomla bağlandığı kompleksler için kullanılır. Literatürde metal iyonu tutan bağların sayısına değinmek için dişlilik terimi kullanılır, örneğin yandaki resimde görülen EDTA altı dişli (İng. hexadendate) bir şelatördür.

Tarihçe

Şelasyon Yunanca kıskaç anlamına gelen χηλή, chelè ("kile" okunur) sözcüğünden gelir, Türkçeye Fransızca chélation 'dan, o dile de İngilizce chelation 'den girmiştir. Şelat (İng. chelate) terimi ilk defa 1920'de Sir Gilbert T. Morgan ve H. D. K. Drew tarafından kullanımıştır, "şelat sıfatı, istakoz veya benzeri kabukluların büyük kıskacının Yunanca adı chele 'den türetilmiştir; kumpas benzeri kimyasal grupların iki taraftan gelip ortadaki bir atomu bağlayarak heterosiklik halkalar meydana getirme özelliklerinden dolayı bu adı öneriyoruz" demişlerdir.

Doğada

Hemen her biyokimyasal reaksiyon bazı katyonları çözme yeteneği gösterir. Proteinler, polisakkaritler ve nükleik asitler çoğu metal iyonu için mükemmel çokdişli ligandlardır. Tesadüfi şelatörlere ek olarak bazı biyomoleküller özellikle belli metalleri bağlamak için üretilirler (bakınız sonraki bölüm). Histidin, malat ve fitoşelatin bitkilerce kullanılan tipik şelatörlerdir.

Biyokimya ve mikrobiyolojide

Hemen tüm metaloenzimlerde şelatlanmış metaller bulunur, bunlar genelde peptitler, kofaktörlere ve prostetik gruplar tarafından tutulmuştur. Bu tür şelatlayıcı ajanlar arasında hemoglobin ve klorofil de bulunan porfirin grubu da sayılabilir. Çoğu mikrop türünün ürettiği suda çüzünür pigmentler şelat ajanları olarak görev yapar, bunlar siderofor olarak adlandırılır. Örneğin, Pseudomonas türleri demir tutan pikosiyanin ve piyoverdin salgılarlar. E. coli tarafından üretilen Enterobaktin, bilinen en kuvvetli şelat ajanıdır.

Jeolojide

Yerbilimlerinde, hava şartlarından kaynaklanan aşınma (İng. weathering) organik şelatörlerin etkisine atfedilir, buna örnek olarak mineral ve taşlardan metal iyonlarını çıkartan peptit ve şekerler gösterilebilir. Çevrede ve doğada bulunan çoğu metal kompleksi bir tip şelat halkasına içinde bağlıdır, örneğin bir hümik asit veya protein tarafından şelasyona uğramıştır. Dolayısıyla, metal şelatlar, topraktaki metallerin harekete geçmesi ve metallerin bitkilerde ve mikroorganizmalarda birikmesi olgularında rol oynarlar. Ağır metallerin seçici şelasyonu biyoremediasyonda (biyolojik yöntemlerle toprak veya sunu temizlenmesi) önemli bir konudur, örneğin radyoaktif atıklardan ¹³⁷Cs'nin çıkartılması gibi.

Uygulamalar

Şelatörler kimyasal analizde, su yumuşatmasında ve şampuan ve gıda koruyucularında kullanılırlar. Sitrik asit, sabun ve çamaşır deterjanlarında suyu yumuşatmak için kullanılır. Yaygın kullanılan sentetik bir şelatör EDTA'dır. Fosfonatlar da iyi bilinen şelasyon ajanlarıdır. Şelatörler su arıtım sistemleride ve özellikle su ısıtma kazanlarının bakım sistemlerinde kullanılır.

Ağır metal detoksifikasyonu

Şelasyon terapisi, cıva, arsenik ve kurşun zehirlenmesinde zehirli metal iyonlarının kimyasal olarak inert biçime gelip, vücutla daha fazla etkileşmeden atılmaları için şelat ajanlarının kullanılmasıdır; ABD Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) tarafından 1991'den beri kullanımı onaylanmıştır.
Ağır metal zehirlenmesinde yararlı olsalar da, normal şartlarda şelat ajanları tehlikeli olabilir. ABD Hastalık Kontrol Merkezi (CDC), kalsiyum EDTA yerine disodyum EDTA kullanılmasının kalsiyum eksikliği (hipokalsemi) sonucu ölümlere yol açtığını bildirmiştir.

Diğer tıbbî uygulamalar

Tetrasiklin ailesinden antibiyotikler Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonlarının şelatörleridir.
EDTA kanal tedavisinde kanalın lavajında kullanılır. Dentin'i yumuşatmaya yarayan EDTA, kanala boydan boya erişmeyi kolaylaştırır ve işlem sırasında meydana gelen kir tabakasını söker.
Gadolinyum(III) bileşikleri ve şelatları MRI görüntüleme tekniklerinde kontrast ajanı olarak kullanılır.