16.8. Полідентатні комплексоутворювальні реагенти

В аналітичній хімії та в хімічній промисловості широке застосування знайшли комплексоутворювальні реагенти, що мають більш ніж один атом, здатний приєднуватися до центрального атома металу в комплексі. Такі комплексоутворювальні реагенти називаються полідентатними лігандами або хелатними (клешнеподібними) реагентами (таку назву вони дістали від грецького слова chele — клешня).

Як приклад можна розглянути триамінотриетиламін (трен), що має таку структурну формулу:

Усі чотири атоми Нітрогену цієї молекули можуть утворювати координаційний зв'язок з атомом металу. Так, іон Zn²⁺ утворює з треном комплекс, у якому кожен із чотирьох атомів Нітрогену використовує свою неподілену пару електронів для утворення зв'язку з атомом Цинку, внаслідок чого атоми Нітрогену розташовуються приблизно тетраедрично навколо центрального атома. Константа утворення [Zn(трен)²⁺]/[Zn²⁺][трен] для комплексу трену та Zn²⁺, що дорівнює 4,5·10¹⁴, більш ніж у 400 000 разів більша за константу рівноваги реакції між іоном Цинку та чотирма молекулами амоніаку, яку можна записати у вигляді співвідношення [Zn(NH₃)₄²⁺]/[Zn²⁺][NH₃]⁴. Таке велике значення константи утворення комплексу Zn(трен)²⁺ зумовлене головним чином ентропійним чинником (унаслідок того, що в даному випадку чотири атоми Нітрогену не можуть вільно переміщатися в розчині незалежно один від одного, оскільки вони зв'язані між собою і перебувають приблизно на такій самій відстані один від одного, як і в комплексі).

Іншим полідентатним реагентом, що утворює комплекси з багатьма іонами металів, є ЕДТА (етилендіамінтетраоцтова кислота), яка має таку структурну формулу:

Аніон ЕДТА має негативний заряд, що дорівнює чотирьом. Чотири карбоксильні групи, а також два атоми Нітрогену можуть утворювати зв'язки з атомом металу; таким чином, цей аніон є гексадентатним комплексоутворювачем. У стійких комплексах, які він утворює з багатьма іонами металів, два атоми Нітрогену і чотири атоми Оксигену, по одному від кожної карбоксилат-іонної групи, розташовуються навколо центрального іона приблизно октаедрично. Структуру такого комплексу з іоном Co³⁺, за даними рентгеноструктурного аналізу кристала, що містить цей комплекс, наведено на рис. 16.3.

Рис. 16.3. Структура комплексу, утвореного іоном Кобальту Co³⁺ та аніоном ЕДТА

ЕДТА (що її називають також версеном) знаходить застосування в аналітичній хімії та в хімічній промисловості. У багатьох промислових процесах, наприклад при виробництві барвників, мила та мийних засобів, навіть дуже малі концентрації іонів важких металів у воді перешкоджають перебігу реакції. ЕДТА та подібні до неї реагенти (пасиватори та хелатоутворювальні агенти) зв'язують іони металу в комплекси, які вже не справляють шкідливого впливу, властивого іонам відповідних металів.