اتیلن دی آمین تترا استیک اسید

اتیلن دی آمین تترا استیک اسید یک ماده شیمیایی است که برای اهداف صنعتی و دارویی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این ماده جامد یک آمینو کربوکسیلیک اسید بی‌رنگ و محلول در آب می‌باشد. باز مزدوج این اسید، اتیلن دی آمین تترا استات می‌باشد. از این ماده به صورت گسترده برای انحلال آهک استفاده می‌شود. سودمندی این ماده ناشی از ایفای نقش لیگاند شش دندانه‌ای و عامل کلاته کننده می‌باشد که در واقع باعث توانایی آن در جداسازی یون‌های فلزی مثل Ca^2+ و Fe^3+ شده‌است. یون‌های فلزی پس از برقراری پیوند با EDTA و تشکیل کمپلکس در محلول باقی می‌مانند ولی از واکنش پذیری آن‌ها کاسته می‌شود. EDTA به صورت نمک‌های مختلف به ویژه دی سدیم EDTA و کلسیم دی سدیم EDTA تولید می‌شود.
کاربردها
صنعت
در صنعت از EDTA عمدتا برای جداسازی یون‌های فلزی در محلول‌های آبی استفاده می‌شود. در صنعت پارچه این ماده از تغییر رنگ پارچه‌های رنگ شده توسط یون‌های فلزی جلوگیری می‌کند. در صنعت کاغذ و خمیر کاغذ از توان یون‌های فلزی به ویژه Mn^2+ برای کاتالیز کردن تسهیم نامتناسب هیدروژن پراکسید جلوگیری می‌نماید. به همین روش EDTA در برخی از مواد خوراکی به عنوان نگهدارنده یا پایدار کننده اضافه می‌شود تا از رنگ زدایی اکسایشی کاتالیز شده توسط یون‌های فلزی جلوگیری نماید. در نوشابه‌های حاوی اسید اسکوربیک و سدیم بنزوات، EDTA تشکیل بنزن (سرطان زا) را کاهش می‌دهد.
کاهش سختی آب در مصارف خشکشویی و از بین بردن پوسته‌های ایجاد شده در دیگ‌های بخار از طریق برقرای پیوند بین Mg^2+ ، Ca^2+ و سایر یون‌های فلزی با EDTA یا کمپلکس کننده‌های مربوط به آن انجام می‌شود. زمانی که این یون‌ها با EDTA پیوند برقرار می‌کنند تمایل خود برای رسوب شدن یا تداخل با صابون‌ها و شوینده‌ها از دست می‌دهند. به دلایل مشابه محلول‌های پاک کننده اغلب حاوی EDTA می‌باشند. به همین دلیل در صنعت سیمان از EDTA برای تعیین مقدار آهک آزاد و منگنز آزاد در سیمان و کلینکرها استفاده می‌شود.
قابل انحلال سازی یون‌های آهن در pH خنثی یا کمی پایین‌تر از آن می‌تواند با استفاده از EDTA انجام شود. این ویژگی در کشت هیدروپونیک در کشاورزی سودمند خواهد بود. با این حال با توجه به وابستگی تشکیل لیگاند به pH، در خاک‌هایی با pH بالای خنثی EDTA برای بهبود حلالیت یون آهن مفید نخواهد بود. محلول آبی Fe(edta)^- برای حذف (پاک سازی) هیدروژن سولفید از گازها به کار می‌روذ. این کار با اکسایش هیدروژن سولفید به گوگرد عنصری که غیر فرار می‌باشد انجام می‌پذیرد.
2Fe(edta)^{-{+ H2S ->2Fe(edta)^{2-{+S{+2H+
به همین روش می‌توان اکسیدهای نیتروژن را را از جریان‌های گازی با استفاده از Fe(edta)^2- حذف نمود. از خواص اکسید کنندگی Fe(edta)^- همچنین در عکاسی برای قابل انحلال نمودن ذرات نقره استفاده می‌شود.
EDTA همچنین در جداسازی فلزات لانتانیدی از طریق کروماتوگرافی تبادل یونی به کار می‌رود.
داروسازی
نمک خاص از EDTA معروف به سدیم کلسیم ادتات برای پیوند با یون‌های فلزی مثل جیوه و سرب برای درمان سمیت آن‌ها در کی لیت درمانی استفاده می‌شود. به همین روش از EDTA برای حذف یون‌های اضافی آهن از بدن استفاده می‌شود. از این روش درمان برای کاهش عوارض تزریق مکرر خون که به منظور درمان تالاسمی انجام می‌شود، استفاده می‌کنند.
دندانپزشک‌ها و متخصصان ریشه از محلول‌های EDTA برای از بین بردن باقیمانده‌های معدنی و روان کردن کانال‌های ریشه دندان استفاده می‌کنند.
EDTA به عنوان نگهدارنده در قطرات چشمی (معمولا برای ارتقاء کارایی نگهدارنده‌های دیگر مثل بنزالکونیم کلرید یا تیومرسال) استفاده می‌شود.
در ارزیابی عملکرد کلیه کمپلکس به صورت وریدی توزیع شده و تصفیه آن به داخل ادرار بررسی می‌شود. این روش برای ارزیابی نرخ تصفیه گلومرولی سودمند می‌باشد.
EDTA به صورت گسترده در آنالیز خون مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده یک ضد انعقاد برای نمونه‌های شمارش کامل خون می‌باشد.
EDTA یک دیسپرس کننده بوده و در کاهش رشد باکتریایی در طول کاشت عدسک داخل چشمی بسیار موثر است.
داروی جایگزین
برخی متحصصان معتقدند که EDTA به عنوان یک آنتی‌اکسیدان از آسیب رساندن به دیواره رگ‌های خونی توسط رادیکال‌های آزاد جلوگیری کرده و بنابراین میزان تصلب شرایین را کاهش می‌دهد. این ایده با مطالعات علمی پشتیبانی نشده و به نظر می‌رسد که با برخی اصول پذیرفته شده کنونی در تضاد است. سازمان غذا و داروی آمریکا استفاده از آن را برای بهبود تصلب شرایین تایید ننموده ست.
آرایشی و بهداشتی
در شامپوها، پاک کننده‌ها و محصولات مراقبت شخصی دیگر نمک‌های EDTA برای بهبود پایداری آن‌ها در هوا به کار می‌روند.
کاربردهای آزمایشگاهی
در آزمایشگاه EDTA به طور گسترده‌ای برای مهار یونهای فلزی استفاده می‌شود: در بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی تخلیه یون معمولا برای غیرفعال سازی آنزیم‌های وابسته به فلز استفاده می‌شود (یا به عنوان معیاری برای واکنش پذیری آن‌ها یا برای فرونشاندن آسیب رسانی به DNA یا پروتئین‌ها). در شیمی تجزیه از EDTA در تیتراسون کمپلکسومتری و اندازه‌گیری سختی آب یا به عنوان عامل ماسک کننده برای ممانعت یون‌های فلزی که با ماده مورد آزمایش تداخل می‌کنند استفاده می‌شود. EDTA کاربردهای تخصصی فراوانی در آزمایشگاه‌های زیست دارویی مثل چشم پزشکی حیوانات به عوان آنتی کولاژن برای ممانعت از پیشرفت زخم قرنیه در حیوانات یافته‌است. در کشت بافت EDTA به عنوان عامل کلاته کننده برای ایجاد پیوند با کلسیم و ممانعت از الحاق کادهرین‌های بین سلول‌ها و جلوگیری از انباشته شدن سلول‌های رشد یافته در سوسپانسیون‌های مایع به کار می‌رود.
عوارض جانبی
EDTA با LD50 (خرگوش) ۲ تا ۲٫۲ گرم بر کیلوگرم میزان سمیت حاد پایینی نشان می‌دهد. مشخص شده که این ماده در حیوانات آزمایشگاهی هم دارای سمیت سلولی و هم دارای سمیت ژنتیکی می‌باشد. مطالعات نشان داده که مسمومیت از راه دهان می‌توان تاثیرات منفی در باروری و رشد داشته باشد در همان مطالعه توسط لینگان مشخص شد که هم تماس پوستی با EDTA در بیشتر مواد آرایشی و هم تماس تنفسی با آن در مواد آرایشی پودری سمیت کمتری نسبت به تماس دهانی خواهد داشت.
سنتز
این ماده اولین بار توسط فردیناند مونز از واکنش اتیلن دی آمین و کلرو استیک اسید تهیه شد. امروز EDTA عمدتا از واکنش اتیلن دی آمین، فرمالدهید و سدیم سیانید تهیه می‌شود. این روش منجر به تولید نمک سدیمی می‌شود که طی مراحل متوالی می‌تواند تبدیل به فرم اسیدی شود:
H2NCH2CH2NH2{+4CH2O{+4NaCN{+4H2O->(NaO2CCH2)2NCH2CH2N(CH2CO2Na)2{+4NH3
(NaO2CCH2)2NCH2CH2N(CH2CO2Na)2{+4HCl->(HO2CCH2)2NCH2CH2N(CH2CO2H)2{+4NaCl
از این فرایند سالانه برای تولید ۸۰ هزار تن محصول استفاده می‌شود. ناخالصی‌های حاصل از این روش شامل گلیسین و نیتریلوتری‌استیک اسید می‌باشد که از واکنش‌های آمونیاک به عنوان محصول جانبی ناشی می‌شوند.
نامگذاری
برای توصیف EDTA و فرم‌های پروتونه مختلف آن شیمیست‌ها مابین EDTA^4- باز مزدوج EDTA که یک لیگاند می‌باشد و H4EDTA که ماده اولیه این لیگاند می‌باشد تمایز قائل می‌شوند. در pHهای بسیار پایین (شرایط خیلی اسیدی) فرم کاملا پروتونه شده H6EDTA^2+ غالب است در حالی که در pHهای بسیار بالا (شرایط خیلی قلیایی) فرم کاملا غیر پروتونه EDTA^4- فائق می‌باشد. در این مقاله لفظ EDTA برای بیان H_{4-xEDTA^{x- به کار رفته‌است در حالی که در کمپلکس‌های آن EDTA^4- نشان دهنده لیگاند چهار پروتون از دست داده می‌باشد.
اصول شیمی کوئوردیناسیونی
کی لیت فلز- EDTA
در شیمی کوئوردیناسیونی EDTA^4- عضوی از خانواده لیگاندی آمینو پلی کربوکسیلیک اسیدها می‌باشد. EDTA^4- معمولا با یک یون فلزی از طریق دو آمین و چهار کربوکسیلات خود پیوند برقرار می‌کند. بسیاری از ترکیبات کوئوردیناسیونی حاصل با ساختار هندسی اکتاهدرال منطبق هستند. بسیاری از کمپلکس‌های EDTA^4- به دلیل تشکیل یک پیوند اضافی با آب (کمپلکس هفت کوئوردیناسیونی) یا جابجایی یکی از بازوهای کربوکسیلات با آب دارای ساختارهای پیچیده‌تری هستند. کمپلکس آهن (III) EDTA هفت کوئوردینه است. اولین کارها برای توسعه EDTA توسط جرالد شورازنباخ در دهه ۱۹۴۰ انجام شد. EDTA کمپلکس‌های به ویژه قوی با Mn(II), Cu(II), Fe(III), Pb(II), Co(III) تشکیل می‌دهد.
ویژگی‌های متعدد کمپلکس‌های EDTA با کاربرد آن‌ها متناسب می‌باشد. اولا به دلیل دندانگی بالا این لیگاند تمایل زیادی به کاتیون‌های فلزی دارد.
3+ + H 4 EDTA Fe(EDTA) − + 6 H 2 O + 4 H + (K eq = 10 25.1 )
با توجه به معادله، ثابت تعادل واکنش نشان می‌دهد که یون‌های فلزی برای پیوند با EDTA با پروتون‌ها رقابت می‌کنند. از آن جایی که یون‌های فلزی به شدت با EDTA پوشانده شده‌اند خواص کاتالیزوری آن‌ها اغلب سرکوب شده‌است. در آخر از آنجایی که کمپلکس‌های EDTA^4- آنیونی هستند به شدت تمایل به انحلال در آب دارند. به همین دلیل EDTA قادر به حل نمودن رسوبات اکسیدهای فلزی و کربنات‌ها می‌باشد.
سرنوشت زیست‌محیطی
تجزیه زیستی
EDTA چنان کاربرد گسترده‌ای دارد که سئوالاتی را در مورد آلاینده آلی دیرپا بودن آن مطرح ساخته‌است. از آنجاییکه EDTA عملکردهای بسیاری در صنایع مختلف، داروسازی و سایر زمینه‌ها دارد، طول عمر EDTA می‌تواند مشکلات جدی در محیط زیست بوجود آورد. تجزیه EDTA کند است و عمدتا در حضور نور خورشید رخ می‌دهد.
مهم‌ترین فرایند حذف EDTA از آب‌های سطحی تجزیه نوری مستقیم در طول موج‌های پایین‌تر از 400 nm می‌باشد. بسته به شرایط نور، نیمه عمر تجزیه نوری Fe(III)EDTA در آب‌های سطحی می‌تواند از ۱۱٫۳ دقیقه تا بیش از ۱۰۰ ساعت باشد. بسیاری از گونه‌های شامل EDTA در محیط (مثل Mg+ و Ca^2+ ) بسیار پایدار ترند.
تجزیه
در بسیاری از تصفیه خانه‌های پساب صنعتی حذف EDTA تا حدود ۸۰٪ با استفاده از میکروارگانیسم‌ها امکان‌پذیر است. برخی از میکروارگانیسم‌ها کشف شده‌اند که از طریق EDTA تولید نیترات می‌نمایند ولی در شرایط قلیایی میانگین با pH بین ۹ تا ۹٫۵ تخریب می‌شود.
جایگزین‌ها
اشتیاق به ایمنی محیط زیست نگرانی‌هایی را در مورد زیست تخریب پذیری آمینو پلی کربوکسیلات‌ها از جمله EDTA به وجود آورده‌است. علاقه روزافزون به ایمنی منجر به تحقیق و توسعه برای یافتن لیگاندهای کی لیت کننده‌ای شده‌است که همچنان پیوند مستحکمی با فلزات برقرار می‌کنند و علاوه بر آن زیست تخریب پذیرتر بوده و حاوی نیتروژن کمتری باشد.
یکی از جایگزین‌های پیشنهادی برای EDTA ایمینو دی سوکسینیک اسید (IDS) می‌باشد. این ماده که به طور تجاری از سال ۱۹۹۸ استفاده می‌شود تنها پس از یک هفته تا ۸۰٪ دستخوش زیست تخریب می‌گردد. IDS به ویژه با کلسیم به خوبی پیوند می‌دهد و با سایر یون‌های فلزات سنگین ترکیبات پایداری تولید می‌نماید. از جمله سایر گزینه‌های پیشنهادی برای جایگزینی EDTA می‌توان پلی اسپارتیک اسید، اتیلن دی آمین N,N دی سوکسینیک اسید (EDDS)، متیل گلیسین دی استیک اسید (MGDA)، و نمک تترا سدیم L- گلوتامیک اسید N,N دی استیک اسید را نام برد.
روش‌های تشخیص و آنالیز
حساس‌ترین روش تشخیص و اندازه‌گیری EDTA در نمونه‌های بیولوژیکی پایش واکنش منتخب با طیف‌سنجی جرمی الکتروفورز مویین (به طور مخفف SRM-CE/MS) می‌باشد که دارای حد تشخیص ۷٫۳ نانوگرم بر میلی لیتر در پلاسمای انسان می‌باشد این روش با نمونه‌هایی با حجم ۷ تا ۸ نانو لیتر نیز عمل می‌کند.
EDTA همچنین در نوشیدنی‌های غیر الکلی با استفاده از تکنیک کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (HPLC) در سطح ۲ میکروگرم بر میلی لیتر اندازه‌گیری شده‌است.