Ácido etilendiaminotetraacético

Usos

Textiles y papel

En la industria, el EDTA se usa principalmente para secuestrar (unir o confinar) iones metálicos en solución acuosa. En la industria textil, evita que las impurezas de iones metálicos modifiquen 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 Mn2+, de catalizar la desproporción del peróxido de hidrógeno, que se utiliza en el blanqueo sin cloro.

Comida

De manera similar, se agrega EDTA a algunos alimentos como conservante o estabilizador para evitar la decoloración oxidativa catalítica, que es catalizada por iones metálicos. En los refrescos que contienen ácido ascórbico y benzoato de sodio, el EDTA mitiga la formación de benceno (un carcinógeno).

Ablandador de agua

La reducción de la dureza del agua en las aplicaciones de lavandería y la disolución de incrustaciones en las calderas se basan en EDTA y complejantes relacionados para unir Ca2+, Mg2+, así como otros iones metálicos. Una vez unidos al EDTA, es menos probable que estos complejos metálicos formen precipitados o interfieran con la acción de los jabones y detergentes. Por razones similares, las soluciones de limpieza a menudo contienen EDTA. De manera similar, el EDTA se usa en la industria del cemento para la determinación de cal libre y magnesia libre en cemento y clínker.

La solubilización de los iones Fe3+ a un pH casi neutro o inferior se puede lograr con EDTA. Esta propiedad es útil en la agricultura, incluida la hidroponía. Sin embargo, dada la dependencia del pH de la formación de ligandos, el EDTA no es útil para mejorar la solubilidad del hierro en suelos por encima de la neutralidad. De lo contrario, a un pH casi neutro y superior, el hierro (III) forma sales insolubles, que son menos biodisponibles para las especies de plantas susceptibles.

Frotar

El [Fe(EDTA)] acuoso⁻ 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)]⁻ + H2S → 2 [Fe(EDTA)]^{2 - 2} + S + 2 H⁺

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

Las propiedades oxidantes del [Fe(EDTA)]⁻ también se aprovechan en fotografía, donde se utiliza para solubilizar partículas de plata.

Cromatografía de intercambio iónico

EDTA se utilizó en la separación de los 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 EDTA con número atómico. Usando perlas de poliestireno sulfonado y Cu2+ como ion de retención, el EDTA hace que los lantánidos migren hacia abajo en la columna de resina mientras se separan en bandas de lantánidos puros. Los lantánidos eluyen en orden de número atómico decreciente. Debido al costo de este método, en relación con la extracción con solventes a contracorriente, el intercambio iónico ahora se usa solo para obtener las purezas más altas de lantánidos (típicamente más del 99,99%).

Medicina

El edetato de sodio y calcio, un derivado del EDTA, se usa para unir iones metálicos en la práctica de la terapia de quelación, como para tratar el envenenamiento por mercurio y plomo. Se usa de manera similar para eliminar el exceso de hierro del cuerpo. Esta terapia se usa para tratar la complicación de las transfusiones de sangre repetidas, como se aplicaría para tratar la talasemia.

Odontología

Los dentistas y endodoncistas utilizan soluciones de EDTA para eliminar los desechos inorgánicos (barro dentinario) y lubricar los conductos radiculares en endodoncia. Este procedimiento ayuda a preparar los conductos radiculares para la obturación. Además, las soluciones de EDTA con la adición de un surfactante aflojan las calcificaciones dentro de un conducto radicular y permiten la instrumentación (conformación del conducto) y facilitan el avance apical de una lima en un conducto radicular estrecho o calcificado hacia el ápice.

Gotas

Sirve como conservante (normalmente para potenciar la acción de otro conservante como el cloruro de benzalconio o el tiomersal) en preparaciones oculares y colirios.

Análisis

Para evaluar la función renal, el complejo de cromo(III) [Cr(EDTA)]⁻ (como cromo-51 radiactivo (⁵¹Cr)) se administra por vía intravenosa y se controla su filtración en la orina. Este método es útil para evaluar la tasa de filtración glomerular (TFG) en medicina nuclear.

EDTA se usa ampliamente en el análisis de sangre. Es un anticoagulante para muestras de sangre para CBC/FBC, donde el EDTA quela el calcio presente en la muestra de sangre, deteniendo el proceso de coagulación y preservando la morfología de las células sanguíneas. Los tubos que contienen EDTA están marcados con tapas lavanda (púrpura) o rosa. El EDTA también se encuentra en tubos con tapa color canela para pruebas de plomo y se puede usar en tubos con tapa azul real para pruebas de metales traza.

EDTA es un dispersante de limo y se ha encontrado que es altamente efectivo para reducir el crecimiento bacteriano durante la implantación de lentes intraoculares (LIO).

Medicina alternativa

Algunos médicos alternativos creen que el EDTA actúa como un antioxidante, evitando que los radicales libres dañen las paredes de los vasos sanguíneos y, por lo tanto, reduciendo la aterosclerosis. Estas ideas no están respaldadas por estudios científicos y parecen contradecir algunos principios actualmente aceptados. La FDA de EE. UU. no lo ha aprobado para el tratamiento de la aterosclerosis.

Cosméticos

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

Aplicaciones de laboratorio

En el laboratorio, el EDTA se usa ampliamente para capturar 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 de su reactividad o para suprimir el daño al ADN, proteínas, y polisacáridos. El EDTA también actúa como un inhibidor selectivo contra las enzimas hidrolizantes de dNTP (Taq polimerasa, dUTPasa, MutT), la arginasa hepática y la peroxidasa de rábano picante, independientemente de la quelación de iones metálicos. Estos hallazgos instan a repensar la utilización de EDTA como un eliminador de iones metálicos bioquímicamente inactivo en experimentos enzimáticos. En química analítica, el EDTA se utiliza en valoraciones complexométricas y análisis de la dureza del agua o como agente de enmascaramiento para secuestrar iones metálicos que interferirían con los análisis.

EDTA encuentra muchos usos especializados en los laboratorios biomédicos, como en oftalmología veterinaria como anticolagenasa para prevenir el empeoramiento de las úlceras corneales en animales. En el cultivo de tejidos, el EDTA se utiliza como agente quelante que se une al calcio y evita la unión de cadherinas entre las células, lo que evita la aglomeración de células cultivadas en suspensión líquida o la separación de células adherentes para pasarlas. En histopatología, el EDTA se puede utilizar como agente descalcificador que permite cortar secciones con un micrótomo una vez desmineralizada la muestra de tejido.

También se sabe que el EDTA inhibe una gama de metalopeptidasas, el método de inhibición se produce a través de la quelación del ion metálico necesario para la actividad catalítica. EDTA también se puede utilizar para probar la biodisponibilidad de metales pesados en sedimentos. Sin embargo, puede influir en la biodisponibilidad de los metales en solución, lo que puede plantear preocupaciones con respecto a sus efectos en el medio ambiente, especialmente dados sus usos y aplicaciones generalizados.

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

Efectos secundarios

El EDTA presenta una toxicidad aguda baja con una LD50 (rata) de 2,0 g/kg a 2,2 g/kg. 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 de desarrollo. El mismo estudio también encontró que tanto la exposición dérmica al EDTA en la mayoría de las formulaciones cosméticas como la exposición por inhalación al EDTA en las formulaciones cosméticas en aerosol producirían niveles de exposición por debajo de los que se consideran tóxicos en los estudios de dosificación oral.

Síntesis

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

H₂NCH₂CH₂NH₂ + 4 CH2O + 4 NaCN + 4 H₂O → (NaO₂CCH₂)₂NCH₂CH₂N(CH)₂CO₂Na)₂ + 4 NH3

(NaO₂CCH₂)₂NCH₂CH₂N(CH)₂CO₂Na)₂ + 4 HCl → (HO₂CCH₂)₂NCH₂CH₂N(CH)₂CO₂H)₂ + 4 NaCl

Este proceso se utiliza para producir unas 80 000 toneladas de EDTA al año. Las impurezas cogeneradas por esta ruta incluyen glicina y ácido nitrilotriacético; surgen de reacciones del coproducto de amoníaco.

Nomenclatura

Para describir el EDTA y sus diversas formas protonadas, los químicos distinguen entre EDTA⁴⁻, la base conjugada que es el ligando, y H₄EDTA, el precursor de ese ligando A pH muy bajo (condiciones muy ácidas) predomina la forma H₆EDTA²⁺ totalmente protonada, mientras que a pH muy alto o en condiciones muy básicas predomina la forma EDTA totalmente desprotonada⁴⁻. En este artículo, el término EDTA se usa para referirse a H_4−xEDTA^x−, mientras que en su complejos EDTA⁴⁻ representa el ligando de tetraanión.

Principios de la química de coordinación

Metal–EDTA chelate como se encuentra en complejos Co(III)

Estructura de [Fe(EDTA)(H₂O)]⁻, mostrando que el EDTA^4- ligand no encapsula completamente Fe(III), que es siete-coordinado

En la química de coordinación, EDTA⁴⁻ es un miembro de la familia de ligandos del ácido aminopolicarboxílico. El EDTA⁴⁻ generalmente 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. Muchos complejos de EDTA⁴⁻ adoptan estructuras más complejas debido a la formación de un enlace adicional con el agua, es decir complejos de siete coordenadas, o al desplazamiento de un brazo de carboxilato por agua. El complejo de hierro (III) de EDTA tiene siete coordenadas. Los primeros trabajos sobre el desarrollo de EDTA fueron realizados por Gerold Schwarzenbach en la década de 1940. El EDTA forma complejos especialmente fuertes con Mn(II), Cu(II), Fe(III), Pb(II) y Co(III).

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

[Fe(H)₂O)₆]³⁺ + H₄EDTA ⇌ [Fe(EDTA)]⁻ + 6 H₂O + 4 H⁺ Keq = 10^25.1

Escrito de esta manera, el cociente de equilibrio muestra que los iones metálicos compiten con los protones para unirse al EDTA. Debido a que los iones metálicos están ampliamente envueltos por EDTA, a menudo se suprimen sus propiedades catalíticas. Finalmente, dado que los complejos de EDTA⁴⁻ son aniónicos, tienden a ser altamente solubles en agua. Por esta razón, el EDTA es capaz de disolver depósitos de óxidos y carbonatos metálicos.

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).

Destino ambiental

Degradación abiótica

EDTA tiene un uso tan generalizado que se han planteado dudas sobre si es un contaminante orgánico persistente. Si bien el EDTA cumple muchas funciones positivas en diferentes vías industriales, farmacéuticas y de otro tipo, la longevidad del EDTA puede plantear problemas graves en el medio ambiente. La degradación de EDTA es lenta. Ocurre principalmente de forma abiótica en presencia de la luz solar.

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. Dependiendo de las condiciones de luz, la vida media de fotólisis del EDTA de hierro (III) en las aguas superficiales puede oscilar entre 11,3 minutos y más de 100 horas. La degradación de FeEDTA, pero no del propio EDTA, produce complejos de hierro de 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 Mg2+ y Ca2+) son más persistentes.

Biodegradación

En muchas plantas de tratamiento de aguas residuales industriales, la eliminación de EDTA se puede lograr en aproximadamente un 80 % utilizando microorganismos. Los subproductos resultantes son ED3A y ácido iminodiacético (IDA), lo que sugiere que tanto la columna vertebral como los grupos acetilo fueron atacados. Incluso se ha descubierto que algunos microorganismos forman nitratos a partir de EDTA, pero funcionan de manera óptima en condiciones moderadamente alcalinas de pH 9,0–9,5.

Varias cepas bacterianas aisladas de plantas de tratamiento de aguas residuales degradan eficientemente el EDTA. Las cepas específicas incluyen Agrobacterium radiobacter ATCC 55002 y las subramas de Pseudomonadota como BNC1, BNC2 y la cepa DSM 9103. 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 degradarse. Por el contrario, cada cepa consume de forma única diversos complejos metal-EDTA a través de varias vías enzimáticas. Agrobacterium radiobacter solo degrada Fe(III) EDTA mientras que BNC1 y DSM 9103 no son capaces de degradar hierro(III) EDTA y son más adecuados para complejos de calcio, bario, magnesio y manganeso(II). Los complejos EDTA requieren disociación antes de la degradación.

Alternativas al EDTA

El interés en la seguridad medioambiental ha suscitado preocupaciones sobre la biodegradabilidad de los aminopolicarboxilatos como el EDTA. Estas preocupaciones incentivan la investigación de aminopolicarboxilatos alternativos. Los agentes quelantes candidatos incluyen ácido nitrilotriacético (NTA), ácido iminodisuccínico (IDS), ácido poliaspártico, ácido S,S-etilendiamina-N,N′-disuccínico (EDDS), ácido metilglicinadiacético (MGDA) y L-Ácido glutámico N,N-ácido diacético, sal tetrasódica (GLDA).

Ácido iminodisuccínico (IDS)

Utilizado comercialmente desde 1998, el ácido iminodisuccínico (IDS) se biodegrada en aproximadamente un 80 % después de solo 7 días. IDS se une al calcio excepcionalmente bien y forma compuestos estables con otros iones de metales pesados. Además de tener una menor toxicidad después de la quelación, el IDS es degradado por Agrobacterium tumefaciens (BY6), que se puede cosechar a gran escala. Las enzimas involucradas, IDS epimerasa y C-N liasa, no requieren cofactores.

Ácido poliaspártico

El ácido poliaspártico, como el IDS, se une al calcio ya otros iones de metales pesados. Tiene muchas aplicaciones prácticas que incluyen inhibidores de corrosión, aditivos para aguas residuales y polímeros agrícolas. Un detergente para ropa a base de ácido poliaspártico fue el primer detergente para ropa del mundo en recibir la etiqueta ecológica floral de la UE. La capacidad de unión al calcio del ácido poliaspártico se ha aprovechado para dirigir nanoportadores cargados de fármacos al hueso. La preparación de hidrogeles a base de ácido poliaspártico, en una variedad de formas físicas que van desde la fibra hasta la partícula, puede potencialmente facilitar la separación de los iones quelados de una solución. Por lo tanto, a pesar de ser más débil que el EDTA, el ácido poliaspártico aún puede considerarse una alternativa viable debido a estas características, así como a su biocompatibilidad y biodegradabilidad.

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

Un isómero estructural de EDTA, el ácido etilendiamino-N,N′-disuccínico (EDDS) es rápidamente biodegradable a una velocidad elevada en su forma S,S.

Ácido metilglicinadiacético (MGDA)

El dicarboximetilalaninato trisódico, también conocido como ácido metilglicinadiacético (MGDA), tiene una alta tasa de biodegradación de más del 68 %, pero a diferencia de muchos otros agentes quelantes, puede degradarse sin la ayuda de bacterias adaptadas. Además, a diferencia de EDDS o IDS, MGDA puede soportar temperaturas más altas mientras mantiene una alta estabilidad y todo el rango de pH. La MGDA ha demostrado ser un agente quelante eficaz, con una capacidad de movilización comparable a la del ácido nitrilotriacético (NTA), con aplicación en aguas de uso industrial y para la eliminación del oxalato de calcio de la orina de pacientes con cálculos renales.

Métodos de detección y análisis

El método más sensible para detectar y medir EDTA en muestras biológicas es la espectrometría de masas de electroforesis capilar de control 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. Este método funciona con volúmenes de muestra tan pequeños como 7–8 nL.

El EDTA también se ha medido en bebidas no alcohólicas mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) a un nivel de 2,0 μg/ml.

En la cultura popular

En la película Blade (1998), el EDTA se usa como arma para matar vampiros y explota cuando entra en contacto con la sangre de vampiro.