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ácido etilendiaminotetraacético

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El ácido etilendiaminotetraacético ( EDTA ), también llamado ácido EDTA , es un ácido aminopolicarboxílico con la fórmula [ CH₂N ( CH₂CO₂H ) ₂ ] ₂ . Este sólido blanco, ligeramente soluble en agua, se utiliza ampliamente para unirse a iones de hierro (Fe²⁺ / Fe³⁺ ) y calcio (Ca²⁺ ) , formando complejos solubles en agua incluso a pH neutro. Por lo tanto , se utiliza para disolver incrustaciones que contienen Fe y Ca, así como para suministrar iones de hierro en condiciones donde sus óxidos son insolubles. El EDTA está disponible como varias sales, en particular EDTA disódico , edetato de sodio y calcio , y EDTA tetrasódico , pero todas funcionan de manera similar. [ 4 ]

Usos

El EDTA se utiliza ampliamente en la industria. También tiene aplicaciones en la conservación de alimentos, medicina, cosmética, ablandamiento de agua, laboratorios y otros campos.

Industrial

El EDTA se utiliza principalmente para secuestrar (unir o confinar) iones metálicos en solución acuosa. En la industria textil , evita que las impurezas de iones metálicos alteren los colores de los productos teñidos. En la industria de la pulpa y el papel , el EDTA inhibe la capacidad de los iones metálicos, especialmente el Mn²⁺ , para catalizar la desproporción del peróxido de hidrógeno , que se utiliza en el blanqueo sin cloro .

Lavado de gases

La solución acuosa de [Fe(EDTA)] − se utiliza para eliminar (" depurar ") el sulfuro de hidrógeno de las corrientes de gas. Esta conversión se logra oxidando el sulfuro de hidrógeno a azufre elemental, que no es volátil:

2 [ Fe(EDTA)] − + H 2 S → 2 [ Fe(EDTA)] 2− + S + 2 H +

En esta aplicación, el centro de hierro(III) se reduce a su derivado de hierro(II), que luego puede reoxidarse con aire. De manera similar, los óxidos de nitrógeno se eliminan de las corrientes de gas utilizando [Fe(EDTA)] 2−.

Alimento

De manera similar, el EDTA se agrega a algunos alimentos como conservante o estabilizador para prevenir la decoloración oxidativa catalítica, que es catalizada por iones metálicos. [ 5 ]

Ablandador de agua

La reducción de la dureza del agua en aplicaciones de lavandería y la disolución de incrustaciones en calderas dependen del EDTA y agentes complejantes relacionados para fijar iones Ca²⁺ , Mg²⁺ y otros iones metálicos. Una vez unidos al EDTA, estos complejos metálicos tienen menos probabilidades de formar precipitados o de interferir con la acción de los jabones y detergentes . Por razones similares, las soluciones de limpieza suelen contener EDTA. De manera similar, el EDTA se utiliza en la industria cementera para la determinación de cal libre y magnesia libre en cemento y clínker . [ 6 ]

La solvatación de iones Fe³⁺ a un pH cercano o inferior a la neutralidad puede lograrse mediante EDTA. Esta propiedad es útil en la agricultura , incluyendo la hidroponía. Sin embargo, dada la dependencia del pH en la formación de ligandos, el EDTA no es útil para mejorar la solubilidad del hierro en suelos con pH superior a la neutralidad. [ 7 ] Por otro lado, a pH cercano a la neutralidad y superior, el hierro(III) forma sales insolubles, que son menos biodisponibles para las especies vegetales susceptibles.

Cromatografía de intercambio iónico

El EDTA se utilizó en la separación de metales lantánidos mediante cromatografía de intercambio iónico . Perfeccionado por F.  H. Spedding et al . en 1954, el método se basa en el aumento constante de la constante de estabilidad de los complejos de lantánidos con EDTA con el número atómico . [ 8 ] Utilizando perlas de poliestireno sulfonado y Cu²⁺ como ion de retención, el EDTA provoca que los lantánidos migren a lo largo de la columna de resina, separándose en bandas de lantánidos puros. Los lantánidos eluyen en orden decreciente de número atómico. Debido al elevado coste de este método, en comparación con la extracción con disolventes a contracorriente , el intercambio iónico se utiliza actualmente solo para obtener la máxima pureza de lantánidos (normalmente superior al 99,99%).

Medicamento

El edetato de sodio y calcio , un derivado del EDTA, se utiliza para fijar iones metálicos en la terapia de quelación , como en el tratamiento de la intoxicación por mercurio y plomo . [ 9 ] Se utiliza de manera similar para eliminar el exceso de hierro del cuerpo. Esta terapia se emplea para tratar las complicaciones de las transfusiones sanguíneas repetidas , como se aplicaría para tratar la talasemia .

En las pruebas

En el diagnóstico médico y las pruebas de función orgánica (en este caso, la prueba de función renal ), el complejo de cromo(III) [Cr(EDTA)] − (como cromo-51 radiactivo ( 51 Cr)) se administra por vía intravenosa y se monitoriza su filtración en la orina . Este método es útil para evaluar la tasa de filtración glomerular (TFG) en medicina nuclear . [ 10 ]

El EDTA se utiliza ampliamente en el análisis de sangre. Es un anticoagulante para muestras de sangre destinadas a hemogramas completos (CBC/FBC) , donde el EDTA quelata el calcio presente en la muestra, deteniendo el proceso de coagulación y preservando la morfología de las células sanguíneas. [ 11 ] Los tubos que contienen EDTA están marcados con tapones de color lavanda (púrpura) o rosa. [ 12 ] El EDTA también se encuentra en tubos con tapón color canela para la detección de plomo y puede utilizarse en tubos con tapón azul marino para la detección de metales traza. [ 12 ]

El EDTA es un dispersante de mucosidad y se ha demostrado que es altamente eficaz para reducir el crecimiento bacteriano durante la implantación de lentes intraoculares (LIO). [ 13 ]

Odontología

En endodoncia , los dentistas y endodoncistas utilizan soluciones de EDTA para eliminar los restos inorgánicos ( capa de frotis ) y lubricar los conductos radiculares . Este procedimiento prepara los conductos para la obturación . Además, las soluciones de EDTA con la adición de un surfactante aflojan las calcificaciones dentro del conducto radicular, facilitan la instrumentación (conformación del conducto) y permiten el avance apical de la lima hacia el ápice en conductos radiculares estrechos o calcificados.

gotas para los ojos

Se utiliza como conservante (generalmente para potenciar la acción de otro conservante como el cloruro de benzalconio o el tiomersal ) en preparados oftálmicos y gotas para los ojos .

Medicina alternativa

Algunos practicantes de medicina alternativa creen que el EDTA actúa como antioxidante , impidiendo que los radicales libres dañen las paredes de los vasos sanguíneos y, por lo tanto, reduciendo la aterosclerosis . [ 14 ] Estas ideas no están respaldadas por estudios científicos y parecen contradecir algunos principios actualmente aceptados. [ 15 ] La FDA de EE. UU. no lo ha aprobado para el tratamiento de la aterosclerosis. [ 16 ]

Productos cosméticos

En champús , limpiadores y otros productos de cuidado personal, las sales de EDTA se utilizan como agente secuestrante para mejorar su estabilidad en el aire. [ 17 ]

Aplicaciones de laboratorio

En el laboratorio, el EDTA se usa ampliamente para eliminar iones metálicos: en bioquímica y biología molecular , el agotamiento de iones se usa comúnmente para desactivar enzimas dependientes de metales , ya sea como un ensayo para su reactividad o para suprimir el daño al ADN , proteínas y polisacáridos . [ 18 ] El EDTA también actúa como un inhibidor selectivo contra enzimas hidrolizadoras de dNTP ( Taq polimerasa , dUTPasa , MutT), [ 19 ] arginasa hepática [ 20 ] y peroxidasa de rábano picante [ 21 ] independientemente de la quelación de iones metálicos . Estos hallazgos impulsan a repensar la utilización del EDTA como un eliminador de iones metálicos bioquímicamente inactivo en experimentos enzimáticos. En química analítica, el EDTA se usa en titulaciones complexométricas y análisis de dureza del agua o como agente enmascarador para secuestrar iones metálicos que interferirían con los análisis.

El EDTA tiene numerosos usos especializados en laboratorios biomédicos, como en oftalmología veterinaria , donde actúa como anticollagenasa para prevenir el empeoramiento de las úlceras corneales en animales . En cultivos celulares , el EDTA se utiliza como agente quelante que se une al calcio e impide la unión de las cadherinas entre las células, evitando así la aglomeración de las células cultivadas en suspensión líquida o facilitando el desprendimiento de las células adherentes para su subcultivo . En histopatología , el EDTA puede utilizarse como agente descalcificante, lo que permite realizar cortes con un micrótomo una vez desmineralizada la muestra de tejido.

También se sabe que el EDTA inhibe diversas metalopeptidasas ; el método de inhibición se produce mediante la quelación del ion metálico necesario para la actividad catalítica. [ 22 ] El EDTA también puede utilizarse para evaluar la biodisponibilidad de metales pesados ​​en sedimentos . Sin embargo, puede influir en la biodisponibilidad de metales en solución, lo que podría generar inquietudes respecto a sus efectos en el medio ambiente, especialmente dado su amplio uso y aplicaciones.

Otro

Las propiedades oxidantes del [Fe(EDTA)] − se utilizan en fotografía para solubilizar partículas de plata . [ 4 ]

El EDTA también se utiliza para eliminar la suciedad (metales corroídos) de las barras de combustible en los reactores nucleares. [ 23 ]

Efectos secundarios

El EDTA presenta baja toxicidad aguda con una LD50 (rata) de 2,0  g/kg a 2,2  g/kg. [ 4 ] Se ha encontrado que es tanto citotóxico como débilmente genotóxico en animales de laboratorio. Se ha observado que las exposiciones orales causan efectos reproductivos y del desarrollo. [ 17 ] El mismo estudio [ 17 ] también encontró que tanto la exposición dérmica al EDTA en la mayoría de las formulaciones cosméticas como la exposición por inhalación al EDTA en formulaciones cosméticas en aerosol producirían niveles de exposición inferiores a los que se consideraron tóxicos en estudios de dosificación oral.

Síntesis

El compuesto fue descrito por primera vez en 1935 por Ferdinand Münz , [ 24 ] quien lo preparó a partir de etilendiamina y ácido cloroacético . [ 25 ] Hoy en día, el EDTA se sintetiza principalmente a partir de etilendiamina (1,2-diaminoetano), formaldehído y cianuro de sodio . [ 26 ] Esta ruta produce el EDTA tetrasódico, que se convierte en un paso posterior en las formas ácidas:

H 2 NCH 2 CH 2 NH 2 + 4 CH 2 O + 4 NaCN + 4 H 2 O → (NaO 2 CCH 2 ) 2 NCH 2 CH 2 N (CH 2 CO 2 Na) 2 + 4 NH 3
(NaO 2 CCH 2 ) 2 NCH 2 CH 2 N (CH 2 CO 2 Na) 2 + 4 HCl → (HO 2 CCH 2 ) 2 NCH 2 CH 2 N (CH 2 CO 2 H) 2 + 4 NaCl

Este proceso se utiliza para producir aproximadamente 80 000  toneladas de EDTA al año. Las impurezas que se generan mediante esta vía incluyen glicina y ácido nitrilotriacético ; estas se originan a partir de las reacciones del coproducto amoníaco . [ 4 ]

Nomenclatura

Para describir el EDTA y sus diversas formas protonadas , los químicos distinguen entre EDTA 4−, la base conjugada que es el ligando , y H 4 EDTA, el precursor de ese ligando. A pH muy bajo (condiciones muy ácidas) predomina la forma H 6 EDTA 2+ completamente protonada, mientras que a pH muy alto o en condiciones muy básicas, predomina la forma EDTA 4− completamente desprotonada.La forma es predominante. En este artículo, el término EDTA se usa para referirse a H 4− x EDTA x − , mientras que en sus complejos EDTA 4−representa el ligando tetraanión.

Principios de la química de coordinación

Quelato metal-EDTA como el que se encuentra en los complejos de Co(III)
Estructura de [Fe(EDTA)(H 2 O)] − , mostrando que el EDTA 4−El ligando no encapsula completamente el Fe(III) , que es heptacoordinado [ 27 ].

En química de coordinación , EDTA 4−es un miembro de la familia de ligandos de ácido aminopolicarboxílico . EDTA 4−Por lo general, se une a un catión metálico a través de sus dos aminas y cuatro carboxilatos, es decir, es un agente quelante hexadentado ("de seis dientes") . Muchos de los compuestos de coordinación resultantes adoptan geometría octaédrica . Aunque de poca importancia para sus aplicaciones, estos complejos octaédricos son quirales . El anión cobalto(III) [Co(EDTA)] − se ha resuelto en enantiómeros . [ 28 ] Muchos complejos de EDTA 4−adoptan estructuras más complejas debido a la formación de un enlace adicional con el agua, es decir , complejos heptacoordinados, o al desplazamiento de un brazo carboxilato por agua. El complejo de hierro(III) del EDTA es heptacoordinado. [ 29 ] Los primeros trabajos sobre el desarrollo del EDTA fueron realizados por Gerold Schwarzenbach en la década de 1940. [ 30 ] El EDTA forma complejos especialmente fuertes con Mn(II) , Cu(II) , Fe(III), Pb(II) y Co(III). [ 31 ]

Varias características de los complejos de EDTA son relevantes para sus aplicaciones. En primer lugar, debido a su alta denticidad , este ligando tiene una alta afinidad por los cationes metálicos:

[ Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + H 4 EDTA ⇌ [ Fe(EDTA)] − + 6 H 2 O + 4 H + K eq = 10 25.1 

Escrito de esta manera, el cociente de equilibrio muestra que los iones metálicos compiten con los protones por la unión al EDTA. Debido a que los iones metálicos están extensamente envueltos por el EDTA, sus propiedades catalíticas a menudo se ven suprimidas. Finalmente, dado que los complejos de EDTA 4−Son aniónicos , por lo que tienden a ser altamente solubles en agua. Por esta razón, el EDTA es capaz de disolver depósitos de óxidos metálicos y carbonatos .

Los valores de pKa del EDTA libre son 0, 1,5, 2, 2,66 ( desprotonación de los cuatro grupos carboxilo ) y 6,16, 10,24 (desprotonación de los dos grupos amino ). [ 32 ]

preocupaciones medioambientales

degradación abiótica

El EDTA se utiliza de forma tan generalizada que se ha planteado la cuestión de si se trata de un contaminante orgánico persistente . Si bien el EDTA cumple muchas funciones positivas en diversos ámbitos industriales, farmacéuticos y de otro tipo, su persistencia puede plantear graves problemas medioambientales. La degradación del EDTA es lenta y se produce principalmente de forma abiótica en presencia de luz solar. [ 33 ]

El proceso más importante para la eliminación de EDTA de las aguas superficiales es la fotólisis directa a longitudes de onda inferiores a 400  nm. [ 34 ] Dependiendo de las condiciones de luz, las vidas medias de fotólisis del hierro(III) EDTA en aguas superficiales pueden variar desde tan solo 11,3 minutos hasta más de 100 horas. [ 35 ] La degradación de FeEDTA, pero no del EDTA en sí, produce complejos de hierro del triacetato (ED3A), diacetato (EDDA) y monoacetato (EDMA) – el 92% de EDDA y EDMA se biodegrada en 20 horas mientras que ED3A muestra una resistencia significativamente mayor. Muchas especies de EDTA abundantes en el medio ambiente (como Mg 2+ y Ca 2+ ) son más persistentes.

Biodegradación

En las plantas de tratamiento de aguas residuales industriales , el EDTA puede degradarse en aproximadamente un 80 % mediante microorganismos . [ 36 ] Los subproductos resultantes son el ácido etilendiaminotriacético y el ácido iminodiacético (IDA), lo que sugiere que tanto la cadena principal como los grupos acetilo fueron atacados. Incluso se ha descubierto que algunos microorganismos forman nitratos a partir del EDTA, pero funcionan de manera óptima en condiciones moderadamente alcalinas de pH 9,0–9,5. [ 37 ]

Varias cepas bacterianas aisladas de plantas de tratamiento de aguas residuales degradan eficientemente el EDTA. Las cepas específicas incluyen Agrobacterium radiobacter ATCC 55002 [ 38 ] y las subramas de Pseudomonadota como BNC1, BNC2, [ 39 ] y la cepa DSM 9103. [ 40 ] Las tres cepas comparten propiedades similares de respiración aeróbica y se clasifican como bacterias gramnegativas . A diferencia de la fotólisis, la especie quelada no es exclusiva del hierro(III) para ser degradada. Más bien, cada cepa consume de manera única diferentes complejos metal-EDTA a través de varias vías enzimáticas. Agrobacterium radiobacter solo degrada Fe(III) EDTA [ 39 ] mientras que BNC1 y DSM 9103 no son capaces de degradar hierro(III) EDTA y son más adecuadas para complejos de calcio , bario , magnesio y manganeso(II) . [ 41 ] Los complejos de EDTA requieren disociación antes de su degradación.

Alternativas al EDTA

El interés en la seguridad ambiental ha generado inquietudes sobre la biodegradabilidad de los aminopolicarboxilatos, como el EDTA. Estas inquietudes incentivan la investigación de aminopolicarboxilatos alternativos. [ 33 ] Entre los agentes quelantes candidatos se incluyen el ácido nitrilotriacético (NTA), el ácido iminodisucínico (IDS), el ácido poliaspártico , el ácido S,S -etilendiamina- N , N′ -disucínico (EDDS) , el ácido metilglicinadiacético (MGDA) y el ácido L -glutámico N , N -diacético, sal tetrasódica (GLDA). [ 42 ]

Ácido iminodisucínico (IDS)

El ácido iminodisucínico (IDS) , de uso comercial desde 1998, se biodegrada en aproximadamente un 80 % tras solo 7 días. El IDS se une al calcio de forma excepcional y forma compuestos estables con otros iones de metales pesados. Además de presentar una menor toxicidad tras la quelación, el IDS es degradado por Agrobacterium tumefaciens (BY6), bacteria que puede cultivarse a gran escala. Las enzimas implicadas, la epimerasa del IDS y la liasa C-N , no requieren cofactores . [ 43 ]

ácido poliaspártico

El ácido poliaspártico , al igual que el IDS, se une al calcio y a otros iones de metales pesados. Tiene muchas aplicaciones prácticas, incluyendo inhibidores de corrosión, aditivos para aguas residuales y polímeros agrícolas. Un detergente para ropa a base de ácido poliaspártico fue el primero en el mundo en recibir la etiqueta ecológica floral de la UE . [ 44 ] La capacidad de unión al calcio del ácido poliaspártico se ha aprovechado para dirigir nanotransportadores cargados con fármacos al hueso. [ 45 ] La preparación de hidrogeles a base de ácido poliaspártico, en diversas formas físicas que van desde fibras hasta partículas , puede permitir una fácil separación de los iones quelados de una solución. [ 46 ] Por lo tanto, a pesar de ser más débil que el EDTA, el ácido poliaspártico puede considerarse una alternativa viable debido a estas características, así como a su biocompatibilidad y biodegradabilidad . [ 47 ]

Ácido S , S -etilendiamina- N , N′ -disuccínico (EDDS)

Un isómero estructural del EDTA, el ácido etilendiamina- N , N′ -disuccínico (EDDS), es fácilmente biodegradable a alta velocidad en su forma S , S . [ 48 ]

Ácido metilglicinediacético (MGDA)

El dicarboximetil alaninato trisódico , también conocido como ácido metilglicinediacético (MGDA), presenta una alta tasa de biodegradación, superior al 68%, pero a diferencia de muchos otros agentes quelantes, puede degradarse sin la ayuda de bacterias adaptadas. Además, a diferencia de los sistemas EDDS o IDS, el MGDA puede soportar temperaturas elevadas manteniendo una alta estabilidad, así como todo el rango de pH. Se ha demostrado que el MGDA es un agente quelante eficaz, con una capacidad de movilización comparable a la del ácido nitrilotriacético (NTA), y se aplica al agua para uso industrial y para la eliminación de oxalato de calcio de la orina de pacientes con cálculos renales . [ 49 ]

Métodos de detección y análisis

El método más sensible para detectar y medir EDTA en muestras biológicas es la espectrometría de masas por electroforesis capilar con monitorización de reacción seleccionada (SRM-CE/MS), que tiene un límite de detección de 7,3 ng/mL en plasma humano y un límite de cuantificación de 15 ng/mL. [ 50 ] Este método funciona con volúmenes de muestra tan pequeños como 7–8 nL. [ 50 ]   

También se ha medido EDTA en bebidas no alcohólicas utilizando cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) a un nivel de 2,0  μg/mL. [ 51 ] [ 52 ]

Referencias

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