Chelate compound - Chelate compound

Molecules or polyatomic ions that can simultaneously occupy two or more coordination sites and coordinate to one central metal ion are collectively called polydentate ligands, and complexes formed when these polydentate ligands coordinate to one central metal ion at two or more coordination sites are called chelate compounds, or simply called chelates.

Multidentate ligands are generally called chelating ligands, and when they coordinate with a metal ion, they form a ring as shown in Figure A , which is called a chelate ring. In chelating ligands, the atoms that are directly coordinated to the metal atom, i.e., the coordinating atoms, are often nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, arsenic, etc.

Among multidentate ligands, those that occupy two coordination sites are called bidentate ligands, those that occupy three coordination sites are called tridentate ligands, those that occupy three coordination sites are called tetradentate ligands, those that occupy five coordination sites are called pentadentate ligands, and those that occupy six coordination sites are called hexadentate ligands, etc.

Among these, bidentate ligands, such as ethylenediamine and glycine, when coordinated to a metal ion, form a shape that looks like the metal ion is held between the pincers of a shrimp or crab, as shown in Figure B , and were first named chelates by people of the old British school. That is, around 1920, GT Morgan and HDK Drew of the UK called such bidentate ligands chelate groups, after the Greek word χηλ (meaning the pincers of a crustacean), and called compounds containing chelate groups chelate compounds. However, this name gradually became more widely used and generalized, and as more compounds containing these ligands were studied, the term was further expanded to include not only bidentate but also tridentate or higher polydentate ligands in general.

There are many known organic compounds that are chelate compounds, many of which are of great biochemical interest, important in analytical chemistry, and useful in practical applications. For example, the skeleton of the chelate ring in oxyhemoglobin is a tetradentate ligand for Fe, as shown in Figure C (1), and a similar skeleton is coordinated to Mg in chlorophyll. Rubredoxin, a non-heme iron protein, has a macrocyclic chelate ring, as shown in Figure C (2). Vitamin _B12 , also called cobalamin, is a cobalt chelate compound, as shown in Figure C (3). Phthalocyanine, which is widely used as a blue or green dye and pigment, is a chelate, as shown in Figure D (1). The chelate formed by EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), which is used as a water softener, forms a chelate structure, as shown in Figure D (2).

[Nakahara Katsunori]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

一つの中心金属イオンに、同時に二つ以上の配位座を占めて配位することのできる分子または多原子イオンを多座配位子と総称するが、これら多座配位子が一つの中心金属イオンに二つ以上の配位座で配位してできる錯体をキレート化合物という。略してキレートともいう。

　多座配位子は一般にキレート配位子とよばれ、金属イオンに配位したときは、図Aのような環を形成するので、これをキレート環とよんでいる。キレート配位子中で、金属原子に直接配位する原子すなわち配位原子は、窒素、酸素、硫黄(いおう)、リン、ヒ素などであることが多い。

　多座配位子のうち二つの配位座を占めるものを二座配位子、三つを三座、四つを四座、五つを五座、六つを六座配位子などとよんでいる。

　これらのうち二座配位子、たとえばエチレンジアミンやグリシンなどが金属イオンに配位するとき、図Bのように金属イオンをちょうどエビやカニなどのはさみで挟んでいるような形になっていることから、古くイギリス学派の人々によってキレートと名づけられたのが初めである。すなわち1920年ごろイギリスのモーガンG. T. Morgan、ドルーH. D. K. Drewらは、このような二座配位子を、ギリシア語のχηλ（甲殻類のはさみを意味する）にちなんでキレート団chelate groupとよび、キレート団を含む化合物をキレート化合物とよんだのである。しかし、この名称はしだいに広く用いられ一般化し、これらを含む化合物が多く研究されるのに伴い、さらに拡張されることになり、二座だけではなく、三座以上の多座配位子一般にも用いられるようになった。

　有機化合物にはキレート化合物が多く知られており、生物化学的に非常に興味ある物質も多く、分析化学で重要なもの、また実用的に有用なものなども多数ある。たとえばオキシヘモグロビンのキレート環の骨格は、図Cの(1)のようにFeに対する四座配位子であるし、クロロフィルでも同じような骨格がMgに配位している。非ヘム鉄タンパク質の一つであるルブレドキシンでは、図Cの(2)のような大環状キレート環がある。またビタミンB₁₂はコバラミンともよばれ、図Cの(3)にみるようなコバルトのキレート化合物である。多くの青色ないし緑色染料および顔料として広く用いられているフタロシアニンは、たとえば図Dの(1)のようなキレートである。また硬水軟化剤として用いられるEDTA（エチレンジアミン四酢酸）のつくるキレートは、図Dの(2)のようなキレート構造をつくっている。

［中原勝儼］

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例