Acide Éthylène Diamine Tétra-Acétique - Ethylenediaminetetraacetic acid

Formule topologique de l'acide éthylènediaminetétraacétique
Noms
Nom IUPAC préféré
Acide 2,2′,2′′,2′′′-(éthane-1,2-diyldinitrilo)tétraacétique
Autres noms
Identifiants
Modèle 3D ( JSmol )
Abréviations EDTA, H 4 EDTA
1716295
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
Banque de médicaments
Carte d'information de l'ECHA 100.000.409 Modifiez ceci sur Wikidata
Numéro CE
144943
KEGG
Engrener Édétique+Acide
CID PubChem
Numéro RTECS
UNII
Numéro ONU 3077
  • InChI=1S/C10H16N2O8/c13-7(14)3-11(4-8(15)16)1-2-12(5-9(17)18)6-10(19)20/h1-6H2, (H,13,14)(H,15,16)(H,17,18)(H,19,20) ChèqueOui
    Clé : KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N ChèqueOui
  • OC(=O)CN(CCN(CC(O)=O)CC(O)=O)CC(O)=O
Propriétés
C 10 H 16 N 2 O 8
Masse molaire 292,244  g·mol -1
Apparence Cristaux incolores
Densité 0,860 g cm -3 (à 20 °C)
log P -0,836
Acidité (p K a ) 2.0, 2.7, 6.16, 10.26
Thermochimie
Std enthalpie de
formation
f H 298 )
−1765,4 à −1758,0 kJ mol −1
Std enthalpie de
combustion
c H 298 )
-4461,7 à -4454,5 kJ mol -1
Pharmacologie
S01XA05 ( OMS ) V03AB03 ( OMS ) (sel)
Dangers
Pictogrammes SGH GHS07 : Nocif
Mention d'avertissement SGH Avertissement
H319
P305+351+338
NFPA 704 (diamant de feu)
1
0
0
Dose ou concentration létale (LD, LC) :
DL 50 ( dose médiane )
1000 mg/kg (orale, rat)
Composés apparentés
Acides alcanoïques apparentés
Composés apparentés
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa).
??N vérifier  ( qu'est-ce que c'est   ?) ChèqueOui??N
Références de l'infobox

L'acide éthylènediaminetétraacétique ( EDTA ) est un acide aminopolycarboxylique de formule [CH 2 N(CH 2 CO 2 H) 2 ] 2 . Ce solide blanc soluble dans l'eau est largement utilisé pour se lier aux ions fer et calcium. Il lie ces ions en tant qu'agent chélatant hexadenté ("six dents") . L'EDTA est produit sous forme de plusieurs sels, notamment l'EDTA disodique , l'édétate sodium-calcium et l' EDTA tétrasodique .

Les usages

Dans l'industrie, l'EDTA est principalement utilisé pour séquestrer des ions métalliques en solution aqueuse. Dans l' industrie textile , il empêche les impuretés d'ions métalliques de modifier les couleurs des produits teints. Dans l' industrie des pâtes et papiers , l'EDTA inhibe la capacité des ions métalliques, en particulier Mn 2+ , à catalyser la dismutation du peroxyde d'hydrogène , qui est utilisé dans le blanchiment sans chlore . De la même manière, l'EDTA est ajouté à certains aliments en tant que conservateur ou stabilisant pour empêcher la décoloration oxydative catalytique, qui est catalysée par les ions métalliques. Dans les boissons gazeuses contenant de l'acide ascorbique et du benzoate de sodium , l'EDTA atténue la formation de benzène (un cancérogène ).

La réduction de la dureté de l'eau dans les applications de blanchisserie et la dissolution du tartre dans les chaudières reposent toutes deux sur l'EDTA et les complexants associés pour lier Ca 2+ , Mg 2+ , ainsi que d'autres ions métalliques. Une fois liés à l'EDTA, ces complexes métalliques sont moins susceptibles de former des précipités ou d'interférer avec l'action des savons et détergents . Pour des raisons similaires, les solutions de nettoyage contiennent souvent de l'EDTA. De manière similaire, l'EDTA est utilisé dans l'industrie du ciment pour la détermination de la chaux libre et de la magnésie libre dans le ciment et les clinkers .

La solubilisation des ions Fe 3+ à ou en dessous d'un pH proche de la neutralité peut être accomplie à l'aide d'EDTA. Cette propriété est utile dans l' agriculture, y compris la culture hydroponique. Cependant, étant donné la dépendance au pH de la formation du ligand, l'EDTA n'est pas utile pour améliorer la solubilité du fer dans les sols au-dessus de la neutralité. Sinon, à pH presque neutre et supérieur, le fer (III) forme des sels insolubles, qui sont moins biodisponibles pour les espèces végétales sensibles. [Fe(EDTA)] - aqueux est utilisé pour éliminer (« épuration ») le sulfure d'hydrogène des flux gazeux. Cette conversion est obtenue en oxydant le sulfure d'hydrogène en soufre élémentaire, qui est non volatil :

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

Dans cette application, le centre fer(III) est réduit en son dérivé fer(II), qui peut ensuite être réoxydé par l'air. De la même manière, les oxydes d'azote sont éliminés des flux gazeux en utilisant [Fe(EDTA)] 2- . Les propriétés oxydantes du [Fe(EDTA)] sont également exploitées en photographie , où il est utilisé pour solubiliser les particules d' argent .

L'EDTA a été utilisé dans la séparation des métaux lanthanides par chromatographie échangeuse d'ions . Perfectionné par F.H. Spedding et al . en 1954, la méthode repose sur l'augmentation constante de la constante de stabilité des complexes de lanthanide EDTA de numéro atomique . En utilisant des billes de polystyrène sulfoné et du Cu 2+ comme ion de rétention, l'EDTA provoque la migration des lanthanides dans la colonne de résine tout en se séparant en bandes de lanthanides purs. Les lanthanides éluent par ordre de numéro atomique décroissant. En raison du coût de cette méthode, par rapport à l' extraction par solvant à contre-courant , l'échange d'ions n'est désormais utilisé que pour obtenir les plus hautes puretés de lanthanides (généralement supérieures à 99,99 %).

Médicament

L'édétate de sodium et de calcium , un dérivé de l'EDTA, est utilisé pour lier les ions métalliques dans la pratique de la thérapie par chélation , comme pour le traitement de l' empoisonnement au mercure et au plomb . Il est utilisé de la même manière pour éliminer l'excès de fer du corps. Cette thérapie est utilisée pour traiter la complication des transfusions sanguines répétées , comme cela serait appliqué pour traiter la thalassémie .

Les dentistes et les endodontistes utilisent des solutions EDTA pour éliminer les débris inorganiques ( smear layer ) et lubrifier les canaux radiculaires en endodontie. Cette procédure aide à préparer les canaux radiculaires pour l' obturation . De plus, les solutions d'EDTA additionnées d'un tensioactif délogent les calcifications à l' intérieur d'un canal radiculaire et permettent l'instrumentation (mise en forme canalaire) et facilitent l'avancée apicale d'une lime dans un canal radiculaire serré ou calcifié vers l'apex.

Il sert de conservateur (généralement pour renforcer l'action d'un autre conservateur tel que le chlorure de benzalkonium ou le thiomersal ) dans les préparations oculaires et les collyres .

Lors de l'évaluation de la fonction rénale , le complexe de chrome(III) [Cr(EDTA)] (sous forme de chrome-51 radioactif ( 51 Cr)) est administré par voie intraveineuse et sa filtration dans l' urine est surveillée. Cette méthode est utile pour évaluer le taux de filtration glomérulaire (DFG) en médecine nucléaire .

L'EDTA est largement utilisé dans l'analyse du sang. C'est un anticoagulant pour les échantillons de sang pour les CBC/FBC , où l'EDTA chélate le calcium présent dans l'échantillon de sang, arrêtant le processus de coagulation et préservant la morphologie des cellules sanguines. Les tubes contenant de l'EDTA sont marqués d'un bouchon lavande ou rose. L'EDTA est également présent dans les tubes à capuchon beige pour les tests de plomb et peut être utilisé dans les tubes à capuchon bleu royal pour les tests de métaux traces.

L'EDTA est un dispersant visqueux et s'est avéré très efficace pour réduire la croissance bactérienne lors de l'implantation de lentilles intraoculaires (LIO).

Médecine douce

Certains praticiens alternatifs pensent que l'EDTA agit comme un antioxydant , empêchant les radicaux libres d'endommager les parois des vaisseaux sanguins , réduisant ainsi l' athérosclérose . Ces idées ne sont pas étayées par des études scientifiques et semblent contredire certains principes actuellement acceptés. La FDA américaine ne l'a pas approuvé pour le traitement de l'athérosclérose.

Produits de beauté

Dans les shampooings , les nettoyants et autres produits de soins personnels, les sels d'EDTA sont utilisés comme agent séquestrant pour améliorer leur stabilité dans l'air.

Applications en laboratoire

En laboratoire, l'EDTA est largement utilisé pour piéger les ions métalliques : en biochimie et en biologie moléculaire , l'appauvrissement des ions est couramment utilisé pour désactiver les enzymes métal-dépendantes , soit pour tester leur réactivité, soit pour supprimer les dommages causés à l' ADN , aux protéines et aux polysaccharides . L'EDTA agit également comme un inhibiteur sélectif contre les enzymes hydrolysant le dNTP ( polymérase Taq , dUTPase , MutT), l' arginase hépatique et la peroxydase de raifort indépendamment de la chélation des ions métalliques . Ces résultats incitent à repenser l'utilisation de l'EDTA comme piégeur d'ions métalliques biochimiquement inactif dans les expériences enzymatiques. En chimie analytique, l'EDTA est utilisé dans les titrages complexométriques et l'analyse de la dureté de l' eau ou comme agent masquant pour séquestrer les ions métalliques qui interféreraient avec les analyses.

L'EDTA trouve de nombreuses utilisations spécialisées dans les laboratoires biomédicaux, comme en ophtalmologie vétérinaire comme anticollagénase pour prévenir l'aggravation des ulcères cornéens chez les animaux . Dans la culture tissulaire, l' EDTA est utilisé comme agent chélatant qui se lie au calcium et empêche la jonction des cadhérines entre les cellules, empêchant l'agglutination des cellules cultivées en suspension liquide ou détachant les cellules adhérentes pour le passage . En histopathologie , l'EDTA peut être utilisé comme agent décalcifiant permettant de couper des coupes à l'aide d'un microtome une fois l'échantillon de tissu déminéralisé. L'EDTA est également connu pour inhiber une gamme de métallopeptidases , la méthode d'inhibition se produit via la chélation de l'ion métallique nécessaire à l'activité catalytique. L'EDTA peut également être utilisé pour tester la biodisponibilité des métaux lourds dans les sédiments . Cependant, il peut influencer la biodisponibilité des métaux en solution, ce qui peut poser des problèmes quant à ses effets sur l'environnement, en particulier compte tenu de ses utilisations et applications répandues.

L'EDTA est également utilisé pour éliminer le crud (métaux corrodés) des barres de combustible dans les réacteurs nucléaires.

Effets secondaires

L'EDTA présente une faible toxicité aiguë avec une DL 50 (rat) de 2,0 g/kg à 2,2 g/kg. Il s'est avéré à la fois cytotoxique et faiblement génotoxique chez les animaux de laboratoire. Il a été noté que les expositions orales provoquent des effets sur la reproduction et le développement. La même étude a également révélé que l'exposition cutanée à l'EDTA dans la plupart des formulations cosmétiques et l'exposition par inhalation à l'EDTA dans les formulations cosmétiques en aérosol produiraient des niveaux d'exposition inférieurs à ceux jugés toxiques dans les études de dosage oral.

Synthèse

Le composé a été décrit pour la première fois en 1935 par Ferdinand Münz , qui a préparé le composé à partir d' éthylènediamine et d'acide chloroacétique . Aujourd'hui, l'EDTA est principalement synthétisé à partir d' éthylènediamine (1,2-diaminoéthane), de formaldéhyde et de cyanure de sodium . Cette voie donne l'EDTA tétrasodique, qui est converti dans une étape ultérieure en les formes acides :

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

Ce procédé est utilisé pour produire environ 80 000 tonnes d'EDTA chaque année. Les impuretés cogénérées par cette voie comprennent la glycine et l'acide nitrilotriacétique ; ils résultent des réactions du coproduit ammoniacal .

Nomenclature

Pour décrire l'EDTA et ses différentes formes protonées , les chimistes distinguent l'EDTA 4− , la base conjuguée qui est le ligand , et le H 4 EDTA, le précurseur de ce ligand. A pH très bas (conditions très acides), la forme H 6 EDTA 2+ entièrement protonée prédomine, alors qu'à pH très élevé ou à conditions très basiques, la forme EDTA 4− entièrement déprotonée est prédominante. Dans cet article, le terme EDTA est utilisé pour signifier H 4− x EDTA x , alors que dans ses complexes EDTA 4− représente le ligand tétraanion.

Principes de la chimie de coordination

Chélate métal-EDTA tel que trouvé dans les complexes Co(III).
Structure de [Fe(EDTA)(H 2 O)] , montrant que le ligand EDTA 4− n'encapsule pas complètement Fe(III) , qui est de sept coordonnées.

En chimie de coordination , l'EDTA 4− fait partie de la famille des ligands des acides aminopolycarboxyliques . L'EDTA 4− se lie généralement à un cation métallique par l'intermédiaire de ses deux amines et de ses quatre carboxylates. La plupart des composés de coordination résultants adoptent une géométrie octaédrique . Bien que de peu d'importance pour ses applications, ces complexes octaédriques sont chiraux . L' anion cobalt(III) [Co(EDTA)] a été résolu en énantiomères . De nombreux complexes d'EDTA 4− adoptent des structures plus complexes en raison soit de la formation d'une liaison supplémentaire à l'eau, c'est -à- dire des complexes à sept coordonnées, soit du déplacement d'un bras carboxylate par l'eau. Le complexe de fer (III) de l'EDTA est à sept coordonnées. Les premiers travaux sur le développement de l'EDTA ont été entrepris par Gerold Schwarzenbach dans les années 1940. L'EDTA forme des complexes particulièrement forts avec Mn(II) , Cu(II) , Fe(III), Pb(II) et Co(III).

Plusieurs caractéristiques des complexes d'EDTA sont pertinentes pour ses applications. Premièrement, en raison de sa forte densité , ce ligand a une grande affinité pour les cations métalliques :

[Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + H 4 EDTA ⇌ [Fe(EDTA)] + 6 H 2 O + 4 H + K eq = 10 25,1 

Écrit de cette manière, le quotient d'équilibre montre que les ions métalliques sont en compétition avec les protons pour se lier à l'EDTA. Parce que les ions métalliques sont largement enveloppés par l'EDTA, leurs propriétés catalytiques sont souvent supprimées. Enfin, comme les complexes d'EDTA 4- sont anioniques , ils ont tendance à être très solubles dans l'eau. Pour cette raison, l'EDTA est capable de dissoudre les dépôts d' oxydes et de carbonates métalliques .

Le p K a les valeurs de EDTA libre sont 0, 1,5 (déprotonation des deux groupes amino ), 2, 2,66, 6,16 et 10,24 ( déprotonation des quatre groupes carboxyle ).

Devenir dans l'environnement

Dégradation abiotique

L'EDTA est si largement utilisé que des questions ont été soulevées quant à savoir s'il s'agit d'un polluant organique persistant . Alors que l'EDTA remplit de nombreuses fonctions positives dans différentes voies industrielles, pharmaceutiques et autres, la longévité de l'EDTA peut poser de sérieux problèmes pour l'environnement. La dégradation de l'EDTA est lente. Il se produit principalement de manière abiotique en présence de la lumière du soleil.

Le processus le plus important pour l'élimination de l'EDTA des eaux de surface est la photolyse directe à des longueurs d'onde inférieures à 400 nm. Selon les conditions d'éclairage, les demi-vies de photolyse du fer (III) EDTA dans les eaux de surface peuvent aller de 11,3 minutes à plus de 100 heures. La dégradation du FeEDTA, mais pas de l'EDTA lui-même, produit des complexes de fer du triacétate (ED3A), du diacétate (EDDA) et du monoacétate (EDMA). De nombreuses espèces EDTA abondantes dans l'environnement (telles que Mg 2+ et Ca 2+ ) sont plus persistantes.

Biodégradation

Dans de nombreuses stations d'épuration des eaux usées industrielles , l'élimination de l'EDTA peut être obtenue à environ 80 % en utilisant des micro-organismes . Les sous-produits résultants sont l'ED3A et l' acide iminodiacétique (IDA) - suggérant que le squelette et les groupes acétyle ont été attaqués. Certains micro-organismes ont même été découverts pour former des nitrates à partir de l'EDTA, mais ils fonctionnent de manière optimale dans des conditions modérément alcalines de pH 9,0 à 9,5.

Plusieurs souches bactériennes isolées des stations d'épuration dégradent efficacement l'EDTA. Les souches spécifiques comprennent Agrobacterium radiobacter ATCC 55002 et les sous-branches de protéobactéries comme BNC1, BNC2 et la souche DSM 9103. Les trois souches partagent des propriétés similaires de respiration aérobie et sont classées comme bactéries gram-négatives . Contrairement à la photolyse, l'espèce chélatée n'est pas exclusive au fer (III) pour être dégradée. Au contraire, chaque souche consomme de manière unique divers complexes métal-EDTA via plusieurs voies enzymatiques. Agrobacterium radiobacter ne dégrade que le Fe(III) EDTA tandis que BNC1 et DSM 9103 ne sont pas capables de dégrader le fer(III) EDTA et sont plus adaptés aux complexes calcium , baryum , magnésium et manganèse(II) . Les complexes EDTA nécessitent une dissociation avant dégradation.

Alternatives à l'EDTA

L'intérêt pour la sécurité environnementale a soulevé des inquiétudes quant à la biodégradabilité des aminopolycarboxylates tels que l'EDTA. Ces préoccupations incitent à rechercher d'autres aminopolycarboxylates. Les agents chélatants candidats comprennent l'acide nitrilotriacétique (NTA), l'acide iminodisuccinique (IDS), l'acide polyaspartique, l'acide S,S -éthylènediamine- N , N ′-disuccinique (EDDS), l'acide méthylglycinediacétique (MGDA) et l' acide L- glutamique N , N -acide diacétique, sel tétrasodique (GLDA).

Acide iminodisuccinique (IDS)

Commercialement utilisé depuis 1998, l' acide iminodisuccinique (IDS) se biodégrade d'environ 80% après seulement 7 jours. L'IDS se lie exceptionnellement bien au calcium et forme des composés stables avec d'autres ions de métaux lourds. En plus d'avoir une toxicité plus faible après chélation, l'IDS est dégradé par Agrobacterium tumefaciens (BY6), qui peut être récolté à grande échelle. Les enzymes impliquées, IDS épimérase et C-N lyase , ne nécessitent aucun cofacteur .

Acide polyaspartique

L'acide polyaspartique , comme l'IDS, se lie au calcium et à d'autres ions de métaux lourds. Il a de nombreuses applications pratiques, notamment les inhibiteurs de corrosion, les additifs pour eaux usées et les polymères agricoles. Un détergent à lessive à base d'acide polyaspartique a été le premier détergent à lessive au monde à recevoir l' écolabel fleur de l' UE . La capacité de liaison au calcium de l'acide polyaspartique a été exploitée pour cibler les nanotransporteurs chargés de médicament vers l'os. La préparation d' hydrogels à base d'acide polyaspartique, sous diverses formes physiques allant de la fibre à la particule , peut potentiellement permettre une séparation facile des ions chélatés d'une solution. Par conséquent, bien qu'il soit plus faible que l'EDTA, l'acide polyaspartique peut toujours être considéré comme une alternative viable en raison de ces caractéristiques ainsi que de sa biocompatibilité et de sa biodégradabilité .

Acide S , S -Ethylènediamine- N , N ′-disuccinique (EDDS)

L' isomère S , S de l'EDTA, l'acide éthylènediamine- N , N ′-disuccinique (EDDS) est facilement biodégradable et présente une vitesse de biodégradation élevée.

Acide méthylglycinédiacétique (MGDA)

L'alaninate trisodique de dicarboxyméthyle , également connu sous le nom d'acide méthylglycinediacétique (MGDA), a un taux de biodégradation élevé à plus de 68%, mais contrairement à de nombreux autres agents chélatants, il peut se dégrader sans l'aide de bactéries adaptées. De plus, contrairement à l'EDDS ou à l'IDS, le MGDA peut supporter des températures plus élevées tout en maintenant une stabilité élevée ainsi que toute la plage de pH. Le MGDA s'est avéré être un agent chélatant efficace, avec une capacité de mobilisation comparable à celle de l'acide nitrilotriacétique (NTA), avec une application à l'eau à usage industriel et pour l'élimination de l'oxalate de calcium de l'urine de patients atteints de calculs rénaux .

Méthodes de détection et d'analyse

La méthode la plus sensible pour détecter et mesurer l'EDTA dans les échantillons biologiques est la spectrométrie de masse par électrophorèse capillaire (SRM-CE/MS), qui a une limite de détection de 7,3 ng/mL dans le plasma humain et une limite de quantification de 15 ng/mL . Cette méthode fonctionne avec des volumes d'échantillons aussi petits que 7 à 8 nL.

L'EDTA a également été mesuré dans les boissons non alcoolisées en utilisant la chromatographie liquide à haute performance (HPLC) à un niveau de 2,0 g/mL.

Dans la culture populaire

  • Dans le film Blade (1998), l'EDTA est utilisé comme une arme pour tuer les vampires, explosant au contact du sang de vampire.

Les références

Liens externes