Komplexbildner (Chelate)

Was sind Komplexbildner?

Komplexbildner sind Substanzen, die mit Metallionen oder Metallatomen kovalente Koordinationsverbindungen eingehen. Dabei lagern sich ihre Moleküle oder Atomgruppen um ein metallisches Zentralion oder -atom herum und liefern als sogenannte Lewissäuren ganze Elektronenpaare zur Bindung. Das Zentralteilchen steuert jedoch zu dieser Bindung keine Elektronen bei. Die Komplexbildner werden auch als Liganden und die gebildeten Komplexe als Chelate bezeichnet.

 

Im späten neunzehnten Jahrhundert begann die systematische Erforschung der Komplexverbindungen durch die Chemiker Alfred Werner (Schweiz) und Sophus Mads Jørgensen (Dänemark). Die von Alfred Werner im Jahre 1892 gemachten Aussagen zur Struktur von Komplexen konnten in der Folgezeit experimentell bestätigt werden. Die Koordinationschemie machte große Fortschritte mit der Einführung neuer Analyseverfahren wie der Röntgenstrukturanalyse.

 

Komplexbildner finden in vielen Bereichen breite Anwendung. So werden sie unter anderem als Lebensmittelzusatzstoffe bei der Lebensmittelverarbeitung zugesetzt. Durch die Bindung der Metallatome (Maskierung) kommt es zur Stabilisierung von Aroma, Struktur und Farbe der Lebensmittel. Sie entfalten außerdem eine antioxidative und konservierende Wirkung.

 

Ein großes Anwendungsgebiet von Komplexbildnern stellt auch die analytische Chemie dar.

 

In der Medizin wird wiederum die antikoagulierende Wirkung der Komplexbildner geschätzt, wo sie unter anderem als Gerinnungshemmer in den Blutkonserven für die Stabilisierung des Blutes sorgen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Schwermetalle zu binden, finden sie auch zur Entgiftung bei Schwermetallvergiftungen Anwendung.

 

Seit Mitte des Zwanzigsten Jahrhunderts wurden in Wasch- und Reinigungsmitteln Phosphate als Komplexbildner für Kalziumionen zum Enthärten des Wassers eingesetzt. Das erhöhte die Wasch- und Reinigungskraft der verwendeten Tenside erheblich. Dabei fand als wichtigster Komplexbildner zwischen 1950 und 1970 Pentanatriumtriphosphat Anwendung. Trotz seines hervorragenden Sekundärwaschvermögens bestand jedoch aufgrund dessen erheblichen Beitrages zur Eutrophierung der Gewässer die Notwendigkeit, nach besseren Alternativen zu suchen.

 

Daher wurde zur Enthärtung des Wassers in Wasch- und Reinigungsmitteln zunächst Pentanatriumtriphosphat häufig durch EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) und NTA (Nitrilotriessigsäure) ersetzt. Beide Substanzen bilden ebenfalls Komplexe mit den Kationen von Kalzium und Magnesium, welche für die Wasserhärte verantwortlich sind. Trotzdem besitzen auch diese Komplexbildner Nachteile, sodass verstärkt ökologische Lösungen angestrebt wurden. Ökologische Reinigungsmittel enthalten als Ersatz für die herkömmlichen Komplexbildner solche aus nachwachsenden Rohstoffen, die außerdem biologisch gut abbaubar sind.

 

So ist Ethylendiamintetraessigsäure unter normalen Bedingungen biologisch sehr schlecht abbaubar. Ihre Abbaubarkeit gelingt nur bei niedrigen PH-Werten sehr gut. Außerdem gilt Ethylendiamintetraessigsäure auch aufgrund ihrer Fähigkeit, Schwermetalle aus dem Boden zu mobilisieren, als ökologisch bedenklich. Nitrilotriessigsäure wiederum steht unter dem Verdacht, krebserregend zu sein.

 

Als Ersatzstoffe für Nitrilotriessigsäure und Ethylendiamintetraessigsäure werden heute neben Zeolithen, Polycarboxylaten oder Phosphonaten vermehrt auch biobasierte Komplexbildner wie Zitronensäure in Putzmitteln sowie GLDA als GLDA-Na4 in Waschmitteln eingesetzt. Ökologische Reinigungsmittel enthalten in Form von Putzmitteln oftmals Zitronensäure, um den Kalk zu lösen und gleichzeitig durch Komplexbildung das Wasser zu enthärten. In Waschmitteln ersetzen als grüne Alternative zunehmend GLDA-Na4 neben anderen biobasierten Komplexbildnern die Liganden Ethylendiamintetraessigsäure und Nitrilotriessigsäure. GLDA-Na4 mit dem wissenschaftlichen Namen Tetranatrium-N,N-bis(carboxylatomethyl)-L-glutamat ist das Natriumsalz der L-Glutaminsäure-N,N-diessigsäure (GDLA-H4).

 

Der biobasierte Komplexbildner GLDA ist bei vergleichbaren Komplexbildungseigenschaften bedeutend umweltverträglicher als die auf petrochemischer Basis hergestellten Liganden Ethylendiamintetraessigsäure und Nitrilotriessigsäure. Als Ausgangsstoff für GLDA-Na4 dient die Aminosäure Glutaminsäure, welche wiederum durch Fermentation aus nachwachsenden Rohstoffen mit einem hohen Glutaminsäuregehalt gewonnen wird. GLDA-Na4 zeichnet sich außerdem durch eine sehr gute biologische Abbaubarkeit aus.