목차
12-1. 금속-킬레이트 착물
12-2. EDTA
12-3. EDTA 적정 곡선
12-4. 스프레드시트로 적정 곡선을 작성
12-5. 보조 착화제
12-6. 금속 이온 지시약
12-7. EDTA 적정 방법
<서론>
- EDTA는 네 개의 산소 원자와 두 개의 질소 원자를 가져 대부분의 금속과 강한 1:1 착물을 형성
- 화합물 KMnEDTA·2H2O에서 발견된 Mn3+ -EDTA 착물의 6배위 구조는 X선 결정학에 의해 추론됨
EDTA (Ethylenediaminetetraacetic acid)
- 에틸렌다이아민테트라아세트산
- 대부분의 금속 이온과 1:1 착물을 형성하므로 정량 분석에 널리 쓰임
- 공업 처리 과정에서와 세제, 세척 시약, 금속 촉매에 의한 식품의 산화를 억제하는 식품 첨가제와 같은 제품 생산에 있어 강한 금속 결합제로서 중요한 역할을 함
- 환경화학) 샌프란시스코 만으로 방출된 니켈의 대부분과 철, 납, 구리, 아연의 상당 부분이 폐수 처리장을 통해 해롭지 않은 상태의 EDTA 착물로 통과함
<12.1 금속-킬레이트 착물>
- 금속 이온: Lewis 산(Lewis acid) (전자쌍 받개)
- 리간드: Lewis 염기 (Lewis base) (전자쌍 주개)
- 사이안화 이온(CN-): 한자리(monodentate) 리간드
(금속 이온과 오직 한 개의 원자(탄소 원자)가 결합하므로)
- 여러 자리 리간드(multidentate ligand, 치아가 많은) = 킬레이트 리간드(chelating ligand)
: 두 개 이상의 리간드 원자가 금속 이온과 결합할 경우
ex) 간단한 킬레이트 리간드: 에틸렌다이아민(1,2-다이아미노에테인(H2NCH2CH2NH2)
: 두 개의 리간드 원자가 금속과 결합(두 자리(bidentate) 리간드)
킬레이트 효과(chelate effect)
- 여러 자리 리간드가 유사한 한자리 리간드보다 더 안정한 금속 착물을 형성하는 능력
ex) 에틸렌다이아민 두 분자와의 CD(H2O)6 2+의 반응이 메틸아민 네 분자와의 반응보다 우세
(a) 아데노신 삼인산(ATP)의 구조
(b) ATP와 네 개의 결합, H2O 리간드와 두 개의 결합을 가진 금속-ATP 착물의 가능한 구조
- pH 12인 1 L 용액에 0.01 mol Cd(II), 0.2 mol 에틸렌다이아민, 0.4 mol 메틸아민이 공존하고 있을 경우
: Cd(II)와 결합한 리간드의 99.97%는 에틸렌다이아민임
- 중요한 네자리(tetradentate) 리간드 중의 하나인 아데노신 삼인산(adenosine triphosphate, ATP)은 2가 금속 이온(Mg2+, Mn2+, cO2+, Ni2+와 같은)과 결합할 때 금속 이온의 6개의 배위 위치중 네 개를 차지함
- 다섯 번째와 여섯 번째 위치는 물 분자가 차지함
- 생물학적으로 활성인 ATP 형태를 일반적으로 Mg2+ 착물
- 금속-킬레이트 착물은 생물학에서 널리 퍼져 있음
- 내장에 있는 박테리아는 엔테로박틴(enterobactin)이라는 강력한 철 킬레이트제를 방출
- 이는 박테리아 성장에 필수인 철을 포획
- 박테리아가 철을 흡수하기 위해 체외로 분비하는 킬레이트 물질을 사이드로포어(siderophore)라고 함
- 철-엔테로박틴 착물은 박테리아 세포 표면에 있는 수용체들에 의해 포획되며 세포 안으로 흡수됨
- 철은 킬레이트 착물의 효소 분해에 의해 박테리아 내부로 방출됨
- 박테리아 감염과 싸우기 위해 면역계는 엔테로박틴을 포획하여 비활성화시키는 시데로카린(siderocalin)이라는 단백질을 생성
- 요로 감염증(urinary tract infections)을 방지하기 위한 백신 연구 또한, 요로 기관 박테리아에 의해 생성되는 다른 철 킬레이트제에 대한 항체를 개발하는 것과 같이, 유사한 접근법으로 진행되고 있음
- 어떤 박테리아는 엔테로박틴을 분비해 철을 포획하여 세포 내부로 이동시킴
- 분석적으로 유용한 몇 가지 킬레이트제의 구조
- NTA는 금속과 2:1(리간드:금속) 착물을 형성하는 경향이 있고, 다른 것들은 1:1 착물을 형성함
- 박테리아는 우리가 갖고 있는 항생제 '무기'에 대한 저항성을 빠르게 발전시킴
- 현재 항생제로 쉽게 치료할 수 있는 단순 감염과 작은 상처들이 멀지 않은 미래에는 생명을 위협할 수도 있음
- '트로이 목마' 사이드로포어-항생제 착물은 Acinetobacter, Pseudomonas, Enterobacteria와 같은 항생제 내성을 가진 박테리아들을 공격하도록 고안됨
- 트로이 목마는 박테리아 세포막 외부에 있는 수용체에 의해 활발히 흡수된느 철-사이드로포어를 갖고 있음
-트로이 목마가 세포 안으로 들어가게 되면, 가수 분해성 연결 고리가 세포 효소에 의해 끊어지고 트로이 목마의 항생제 부분이 방출되는데, 이 항생제가 박테리아를 죽이게 됨
- 아미노카복실산은 흔히 볼 수 있는 합성된 킬레이트제
- 분자 중의 질소 원자와 카복실기 산소 원자가 리간드로 작용할 수 있는 원자들
- 이러한 원자들이 금속 이온과 결합 시 리간드 원자들은 양성자를 잃게 됨
- DTPA 리간드의 의학 분야 응용 예) Gd 3+ -DTPA 착물
- 인체에 약 0.5 mM 농도로 주입하여 MRI의 명암을 높이는 데 쓰임
- 의료 진단용으로 사용되는 가돌리늄 명암 증진 시약 사용량은 가돌리늄 착물이 하수 처리 하류의 강이나 식물 속에 관측될 정도로 높음
