Helacija

**Helacija**  (grč. χηλή – *hēlē* = kandža, kliješta, ligandi oko centralnog atoma poput lčiješta jastoga) je tip vezanja iona i molekula za metalne ione. Uključuje stvaranje ili prisustvo dvaju ili više odvojenih koordinatnih veza između polidentatnih (višestruko vezanih) liganda i jednog centralnog atoma. Ti ligandi nazivaju se helanti, helatori, helatni agensi ili agensi za odvajanje. Obično su to organski spojevi, ali to nije nužno, kao u slučaju cinka i njegove upotrebe kao terapije održavanja za sprečavanje apsorpcije bakra u ljudi sa Wilsonovom bolešću.. Termin "helat" prvi put primijenili su godine Sir Gilbert T. Morgan i HDK Drew, 1920., koji su izjavili: "Pridjev helat, izveden iz velike kandže ili "hele"(grčki  jastog) ili drugih rakova, predlaže se za kaliperske grupe koje funkcioniraju kao dvije udružujuće jedinice i pričvršćuju se za centralni atom tako da proizvode heterocikličke prstenove.

Helacija je korisna u aplikacijama kao što je pružanje dodataka hrani, u helac ijskoj terapiji za uklanjanje toksičnih metala iz tijela, kao kontrastna sredstva u MRI-skeniranjima, u proizvodnji pomoću homogenih katalizatora, u hemijskom tretmanu vode koji pomaže u uklanjanju metala i u gnojivima.

## Helatni efekt 
[thumb|[Etilenediaminski ligand helira metal sa dvije veze]]
[thumb|[bakar|Cu2+ kompleksi sa nehelacijskim metilaminom (lijevo)  i  helirajućim ligandima etilendiaminom (desno)]]
Helatni efekt je povećani afinitet helirajućih liganada za metalni jon u poređenju sa afinitetom kolekcije sličnih nehelirajućih (monodentatnih) liganada za isti metal.

Termodinamički principi na kojima se temelji helatni efekt ilustrirani su kontrastnim afinitetima bakra (II) za etilendiamin (en) u odnosu na metilamin.

U () etilendiamin tvori helatni kompleks sa ionom bakra. Helacija rezultira formiranjem peteročlanog prstena  CuC2N2. U() bidentatni ligand je zamijenjen s dva monodentatna metilaminska liganda približno iste donorske snage, što ukazuje da su veze Cu – N približno iste u dvije reakcije.

Termodinamički pristup opisivanju helatnog efekta uzima u obzir konstantu ravnoteže za reakciju: što je veća konstanta ravnoteže, to je veća koncentracija kompleksa. 

Električni naboji su izostavljeni zbog jednostavnosti zapisa. Uglaste zagrade označavaju koncentraciju, a indeksi konstante stabilnosti, β, označavaju stehiometriju kompleksa. Kada je analitička koncentracija metilamina dvostruko veća od etilendiamina, a koncentracija bakra je ista u obje reakcije, koncentracija [Cu (en)] je mnogo veća od koncentracije [Cu(MeNH2)2] jer β11 ≫ β12.

Ravnotežna konstanta, *K*, je povezana sa standardom Gibbsove slobodne energije,
:\Delta G^\ominus = - RT \ln K = \Delta H^\ominus - T \Delta S^\ominus
gdje *R* = plinska konstanta, a  *T* = temperatura u kelvinima. \Delta H^\ominus = standardna entalpija promjena reakcije i  \Delta S^\ominus = standardna promjena entropije.

Budući da bi entalpija trebala biti približno jednaka za dvije reakcije, razlika između dvije konstante stabilnosti posljedica je učinaka entropije. U jednačini () nalaze se dvije čestice s lijeve i jedna s desne strane, dok se u jednačini () nalaze tri čestice s lijeve i jedna s desne strane. Ova razlika znači da se manje entropije poremećaja gubi kada se helatni kompleks formira sa bidentatnim ligandom, nego kada se formira kompleks sa monodentatnim ligandima. Ovo je jedan od faktora koji doprinose razlici entropije. Ostali faktori uključuju promjene solvatacije i stvaranje prstena. Neki eksperimentalni podaci za ilustraciju učinka prikazani su u sljedećoj tabeli.
:
Ovi podaci potvrđuju da su promjene entalpije približno jednake za dvije reakcije i da je glavni razlog veće stabilnosti helatnog kompleksa uticaj entropije, koji je mnogo manje nepovoljan. Općenito je teško precizno izračunati termodinamičke vrijednosti u smislu promjena u rastvoru na molekulskom nivou, ali je jasno da je helatni efekt pretežno učinak entropije.

Ostala objašnjenja, uključujući objašnjenje Schwarzenbachovo, 
, raspravljaju se u citiranim Greenwoodu i Earnshawu.

## U prirodi 
Brojne biomolekule pokazuju sposobnost rastvaranja određenih metalnih kationa. Dakle, proteini, polisaharidi i polinukleinske kiseline izvrsni su polidentatni ligandi za mnoge metalne ione. Organski spojevi poput aminokiselina glutamata i histidina, organske kiseline kao što je malat i polipeptida poput fitohelatina. također su tipski helatori. Pored ovih slučajnih helatora, nekoliko biomolekula je posebno proizvedeno da vežu određene metale (vidi sljedeći odjeljak). Takva helatna sredstva uključuju porfirinske prstenove u hemoglobinu i hlorofilu. Mnoge mikrobne vrste proizvode pigmente topive u vodi koji služe kao helatni agensi, nazvani siderofori. Naprimjer, poznato je da vrste roda *Pseudomonas* luče piohelin i pioverdin koji vežu gvožđe. Enterobaktin, proizveden u *E. coli*, je najjače poznato helatno sredstvo. Morski školjkaši koriste helaciju metala, specijalno Fe3+helaciju sa ostacima Dopa u proteinu stopala dagnji da se poboljša čvrstoće niti koje koriste da bi se učvrstili na površinama.

### U geologiji 
U nauci o Zemlji, hemijske vremenske prilike pripisuju se organskim helatnim agensima (npr. peptidi i šećeri,  koji izvlače metalne ione iz minerala i stijena.  Većina metalnih kompleksa u okolini i prirodi vezani su u nekom obliku helatnog prstena (npr. s huminskom kiselinom ili proteinom). Dakle, metalni helati su relevantni za mobilizaciju metala u tlu, usvajanje i akumulaciju metala u biljkama i mikroorganizmima. helektivna kelacija teških metala relevantna je za bioremedijaciju (npr. uklanjanje 137Cs iz radioaktivnog otpada). Većina metalnih kompleksa u okolini i prirodi vezani su u nekom obliku helatnog prstena (npr.

## Medicinska primjena 
### Prehrambeni dodaci 
Šezdesetih godina prošlog stoljeća naučnici su razvili koncept heliranja metalnog iona prije nego što su element dodali životinji. Vjerovali su da će to stvoriti neutralno jedinjenje, štiteći mineral od kompleksa s nerastvorljivim solima u želucu, što će metal učiniti nedostupnim za apsorpciju. Aminokiseline, kao efikasna vezivna sredstva za metal, odabrane su kao potencijalni ligandi, a sprovedeno je istraživanje kombinacija metal-aminokiselina. Istraživanje je podržalo da su helati metala i aminokiselina u stanju da pojačaju apsorpciju minerala.

Tokom tog perioda razvijali su sintetski helati, kao što je etilendiaminoteraacetatna kiselina (EDTA). Oni su primijenili isti koncept helacije i stvorili helirane spojeve; ali ova sintetika je bila previše stabilna i nije bila održiva za ishranu. Ako je mineral preuzet iz EDTA liganda, tijelo ne bi moglo koristiti ligand i on bi bio izbačen. Tokom procesa protjerivanja, EDTA ligand je nasumično helirao i oduzeo još jedan mineral iz tijela.

Prema Udruženju američkih službi za kontrolu hrane (AAFCO), helat metal-aminokiselina definiran je kao proizvod koji proizlazi iz reakcije metalnih iona iz topljive soli metala s aminokiselinama, sa molskim omjerom u rasponu od 1–3 (poželjno 2) mola aminokiselina na jedan mol metala. Prosječna masa hidroliziranih aminokiselina mora biti približno 150, a rezultujuća molekulska težina helata ne smije prelaziti 800 Da.

Od ranog razvoja ovih spojeva, provedeno je mnogo više istraživanja koja su primijenjena na proizvode za ljudsku prehranu na sličan način kao i eksperimenti s prehranom životinja koji su pioniri u tehnologiji. Željezni bis-glicinat je primjer jednog od ovih spojeva, koji je razvijen za ljudskun ishranu.

### Zubna i oralna primjena 
Ljepila prve generacije dentina prvi put su dizajnirana i proizvedena 1950-ih. Ti su se sistemi temeljili na komonomerom helatu s kalcijem na površini zuba i stvarali vrlo slabu hemijsku vezu otpornu na vodu (2-3 Mpa).

### Detoksikacija teških metala 
Helacijska terapija je protuotrov za trovanje živom, arsenom i olovom. Helatni agensi pretvaraju ove metalne ione u hemijski i biohemijski inertne oblike koji se mogu izlučiti. Helaciju pomoću kalcij-dinatrij EDTA odobrio je Uprava za hranu i lijekove SAD (FDA) za ozbiljne slučajeve trovanja olovom. Nije odobren za liječenje "intoksikacije teškim metalima".

Iako korisna u slučajevima ozbiljnog trovanja olovom, upotreba dinatrijum EDTA (edetat-dinatrij) umjesto kalcij-dinatrij EDTA rezultirala je smrtnim ishodima zbog hipokalcemije. FDA nije odobrila dinatrij EDTA za bilo kakvu upotrebu,

### Farmaceutski proizvodi 
Helatni kompleksi gadolinija često se koriste kao kontrastna sredstv  u MRI skeniranjima, iako su i gvožđeve čestice i manganski helatni kompleksi također  istraženi. Bifunkcionalni helatni kompleksi cirkonij, galij, fluor, bakar, itrij, brom ili jod se često koriste za konjugacije sa monoklonskim antitijelima za upotrebu u PET snimanje na bazi antitijela. Ovi helatni kompleksi koriste heksadentatni ligand, kao što je desferioksamin B (DFO), prema Meijs et al., a kompleksi gadolinija koriste  se  često za upotrebu oktadentatnih liganda poput DTPA, prema Desreux *et al*. Auranofin, helatni kompleks zlata, koristi se u liječenju reumatoidnog artritisa, a penicilamin, koji tvori helatne komplekse bakra, u liječenju Wilsonove bolesti i cistinurije, kao i refrakcijskog reumatoidnog artritisa.

### Ostala medicinska primjena 
Helacija u crijevnom traktu uzrok je brojnih interakcija između lijekova i metalnih iona (poznatih i kao "prehrambeni minerali" u ishrani). Kao primeri, antibiotski lijekovi iz porodica tetraciklina i kinolona su helatori iona Fe2+, Ca2+ i Mg2+ .

EDTA, koja se veže za kalcij, koristi se za ublažavanje hiperkalcemije koja je često rezultat trakaste keratopatije. Tada se kalcij može ukloniti iz rožnjače, omogućavajući pacijentu određeno povećanje vidljivosti.

## Primjena u industriji i poljoprivredi 
### Kataliza 
Homogeni katalizatori su često helirani kompleksi. Reprezentativan primjer je upotreba BINAP (bidentatni fosfin) u Noyorijevoj asimetričnoj hidrogenaciji i asimetrična izomerizacija. Potonji ima praktičnu upotrebu u proizvodnji sintetskog – mentola.

### Omekšavanje vode 
Limunska kiselina koristi se za omekšavanje vode u sapunima i  deterdžentima za rublje. Uobičajeni sintetski helator je EDTA. Fosfonati su također dobro poznati helatni agensi. Helatori se koriste u programima za prečišćavanje vode, a posebno u parnom inženjerstvu, npr., sistemu za prečišćavanje vode u kotlu. Iako se tretman često naziva omekšavanje, helacija ima malo uticaja na sadržaj minerala u vodi, osim što ih čini topivim i snižava nivo pH vode.

### Gnojiva 
Spojevi metalnih helata su uobičajene komponente gnojiva koja daju mikrohranljive sastojke. Ovi mikroelementi (mangan, gvožđe, cink, bakar) potrebni su za zdravlje biljaka. Većina gnojiva sadrži fosfatne soli koje, u odsustvu helatnih sredstava, obično pretvaraju ove metalne ione u netopivu čvrstu supstancu, koja za biljke nema nikakvu hranjivu vrijednost. EDTA je tipsko helatno sredstvo koje održava ove ione metala u topljivom obliku.

## Također pogledajte
* Helacijska terapija
*Helati

## Reference 
## Vanjski linkovi 

Kategorija:Koordinaciona hemija
Kategorija:Ravnotežna hemija