क्या आपने कभी डिटर्जेंट की सामग्री सूची या खाद की बोरी के पीछे “EDTA” या “कीलेटेड आयरन” जैसे अनजाने नाम देखे हैं? कुछ अणु पानी में घुले धातु आयनों को इतनी मज़बूती से पकड़ लेते हैं कि वे आज़ादी से घूम नहीं पाते, और रसायन विज्ञान में इस तरह धातु को पकड़े हुए यौगिक को कीलेट (Chelate) कहा जाता है।
सरल शब्दों में, कीलेट का अर्थ है ‘ऐसा वलयाकार यौगिक जिसमें एक अणु कई भुजाओं से एक धातु आयन को चिमटे की तरह घेरकर पकड़ता है।’ यह नाम 1920 में ब्रिटिश रसायनज्ञ Gilbert T. Morgan और H. D. K. Drew ने पहली बार इस्तेमाल किया था, और इसे केकड़े या झींगा मछली के बड़े पंजे के लिए यूनानी शब्द ‘chēlē’ से लिया गया था।
इस लेख में हम क्रम से कीलेट का नाम और संरचना, कई जगहों से पकड़ने पर बंधन को मज़बूत बनाने वाला कीलेट प्रभाव, हमारे शरीर और प्रकृति में मौजूद कीलेट, और रोज़मर्रा के जीवन तथा चिकित्सा में इस्तेमाल होने वाले कीलेट को देखेंगे।
धातु आयन को वलय में घेरने वाले अणु: कीलेट की दुनिया
1. केकड़े के पंजे से आया नाम: कीलेट की संरचना
धातु आयनों में आसपास के अणुओं से इलेक्ट्रॉन युग्म लेकर बंधन बनाने का गुण होता है। जो अणु या आयन इलेक्ट्रॉन युग्म देकर धातु से जुड़ता है उसे लिगैंड कहते हैं, और कीलेट बनेगा या नहीं, यह इस पर निर्भर करता है कि लिगैंड धातु को कितनी जगहों से पकड़ता है।
(1) लिगैंड और उपसहसंयोजक बंधन
लिगैंड नाइट्रोजन या ऑक्सीजन जैसे इलेक्ट्रॉन युग्म वाले परमाणुओं के ज़रिए धातु आयन से जुड़ता है। जिस बंधन में एक ही पक्ष पूरा इलेक्ट्रॉन युग्म देता है उसे उपसहसंयोजक बंधन कहते हैं, और पानी के अणु तथा अमोनिया भी इसी तरह धातु आयनों से जुड़ते हैं।
(2) एक जगह और कई जगहें
अमोनिया की तरह केवल एक जगह से जुड़ने वाले लिगैंड को एकदंती लिगैंड कहते हैं, और एथिलीनडाइऐमीन की तरह दो या अधिक जगहों से जुड़ने वाले लिगैंड को बहुदंती लिगैंड कहते हैं। कीलेट ठीक तब बनता है जब ऐसा बहुदंती लिगैंड एक धातु को पकड़ता है।
(3) वलय बनने का आकार
जब बहुदंती लिगैंड दो भुजाओं से धातु को पकड़ता है, तो धातु और लिगैंड के परमाणु जुड़कर एक वलय बनाते हैं। एथिलीनडाइऐमीन धातु के साथ पाँच परमाणुओं का वलय बनाता है, और यह आकार बिल्कुल वैसा दिखता है जैसे चिमटा किसी चीज़ को पकड़े हो।
2. एक बार पकड़ ले तो आसानी से न छोड़ने का कारण: कीलेट प्रभाव
एक ही तरह के परमाणुओं से धातु से जुड़ने पर भी, कई भुजाओं से एक साथ पकड़ने वाला लिगैंड अलग-अलग जुड़ने वाले लिगैंडों की तुलना में कहीं अधिक मज़बूती से बंधता है। इसे कीलेट प्रभाव कहते हैं।
- लिगैंड (Ligand): वह अणु या आयन जो इलेक्ट्रॉन युग्म देकर धातु आयन से जुड़ता है।
- बहुदंती लिगैंड (Polydentate ligand): वह लिगैंड जो एक ही धातु से एक साथ दो या अधिक जगहों पर जुड़ सकता है।
- कीलेट प्रभाव (Chelate effect): वह घटना जिसमें बहुदंती लिगैंड एकदंती लिगैंड की तुलना में धातु के साथ अधिक स्थिर यौगिक बनाते हैं।
(1) बंधन की ताक़त लगभग बराबर, फिर भी
कैडमियम आयन से दो मेथिलऐमीन अणुओं के जुड़ने और एक एथिलीनडाइऐमीन अणु के जुड़ने की तुलना करें, तो बंधन से निकलने वाली ऊष्मा (एन्थैल्पी परिवर्तन) लगभग समान होती है। फिर भी स्थिरता स्थिरांक के लघुगणक मान 6.55 और 10.62 हैं, यानी कीलेट दस हज़ार गुना से भी अधिक स्थिर है।
(2) अंतर एन्ट्रॉपी में है
जब धातु से जुड़े पानी के अणु अलग होते हैं, तो द्विदंती लिगैंड एक ही अणु से दो स्थान घेर लेता है, इसलिए घोल में कणों की संख्या कम घटती है। जो पक्ष कम अव्यवस्था (एन्ट्रॉपी) खोता है वह लाभ में रहता है, इसलिए कीलेट अधिक आसानी से बनता है।
(3) एक भुजा छूटे तो दूसरी थामे रहती है
कीलेट की एक भुजा थोड़ी देर के लिए छूट भी जाए, तो दूसरी भुजा धातु को पकड़े रहती है, इसलिए वह आसानी से फिर जुड़ जाता है। इसी कारण पतले घोल में भी कीलेट धातु आयन को खोए बिना लंबे समय तक पकड़े रख सकता है।
3. रक्त और पत्तियों में छिपे कीलेट
कीलेट केवल प्रयोगशाला में ही नहीं बनते। जीव लंबे समय से ज़रूरी धातुओं को सही जगह पर थामे रखने के लिए कीलेट संरचना का इस्तेमाल करते आए हैं।
(1) रक्त में हीम
लाल रक्त कोशिकाओं के हीमोग्लोबिन में हीम होता है, जिसमें पॉरफ़िरिन नाम का वलयाकार अणु लौह आयन को चार दिशाओं से घेरकर पकड़ता है। यही लौह ऑक्सीजन से जुड़ता है, इसलिए रक्त पूरे शरीर में ऑक्सीजन पहुँचा पाता है।
(2) पत्तियों में क्लोरोफ़िल
पौधों का क्लोरोफ़िल भी ऐसी संरचना है जिसमें पॉरफ़िरिन जैसा वलय बीच में मैग्नीशियम आयन को पकड़े रहता है। यह वलय प्रकाश सोखकर प्रकाश-संश्लेषण का पहला चरण शुरू करता है।
(3) सूक्ष्मजीवों के लौह शिकारी
कई जीवाणु साइडरोफ़ोर नाम के कीलेट अणु बाहर छोड़ते हैं, जो आसपास के लौह को पकड़ते हैं और फिर वापस भीतर ले लिए जाते हैं। एंटेरोबैक्टिन इसका प्रमुख उदाहरण है, और लौह की कमी वाले वातावरण में जीवित रहने का यही उनका तरीका है।
4. डिटर्जेंट से विषनाशक तक: जीवन और चिकित्सा में कीलेट
धातु आयनों को चुनकर पकड़ने का गुण रोज़मर्रा के जीवन, उद्योग और चिकित्सा में व्यापक रूप से इस्तेमाल होता है। मूल बात यह है कि अनचाही धातुओं को बाँधकर हटाया जाए और ज़रूरी धातुओं को घुली हुई अवस्था में पहुँचाया जाए।
(1) डिटर्जेंट और खाद
डिटर्जेंट में मौजूद साइट्रिक अम्ल और EDTA कठोर जल के कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों को पकड़कर साबुन का मैल बनना कम करते हैं। खाद में EDTA लौह, जस्ता और ताँबे जैसे सूक्ष्म तत्वों को घुली हुई अवस्था में पकड़े रखता है, ताकि वे फ़ॉस्फ़ेट से मिलकर नीचे न बैठें और पौधों तक पहुँचें।
(2) भारी धातुओं का विषहरण
कीलेशन थेरेपी वह उपचार है जिसमें शरीर की विषैली धातुओं को कीलेट के रूप में बाँधकर मूत्र के रास्ते बाहर निकाला जाता है। कैल्शियम डाइसोडियम EDTA को अमेरिकी खाद्य एवं औषधि प्रशासन (FDA) ने गंभीर सीसा विषाक्तता के इलाज के लिए मंज़ूरी दी है, और डाइमरकैप्रॉल को 1940 में ऑक्सफ़ोर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने आर्सेनिक आधारित युद्ध गैस ल्यूसाइट के विषनाशक के रूप में पहली बार संश्लेषित किया था।
(3) MRI कंट्रास्ट एजेंट
गैडोलिनियम आयन MRI चित्रों को साफ़ बनाते हैं, लेकिन अकेले वे विषैले होते हैं। इसलिए DTPA जैसे कई भुजाओं वाले लिगैंड से गैडोलिनियम को कसकर घेरकर कीलेट रूप में कंट्रास्ट एजेंट की तरह इस्तेमाल किया जाता है। कई भुजाओं से पकड़ने पर आसानी से नहीं छूटता, यही सरल विचार कीलेट को समझने का पहला कदम है।
