Ethylendiamintetraessigsäure bzw. Ethylendiamintetraacetat, das Tetraanion der Ethylendiamintetraessigsäure, ist ein sechszähniger Komplexbildner und bildet besonders stabile 1:1-Chelatkomplexe mit Kationen mit einer Ladungszahl von mindestens +2. Die Abkürzung EDTA steht sowohl für die deutsche Bezeichnung Ethylendiamintetraacetat als auch für die englische Bezeichnung Ethylenediaminetetraacetic acid. Pionierarbeit zu EDTA leistete Gerold Schwarzenbach in den 1940er-Jahren an der Universität Zürich. Die Erstsynthese von EDTA gelang 1935 Ferdinand Münz bei der IG Farben, der ein Verfahren hierzu auch patentieren ließ.

Eigenschaften

Das Ethylendiamintetraessigsäure-Anion kann neben den beiden freien Elektronenpaaren der Stickstoffatome auch vier Carboxygruppen für eine Komplexverbindung zur Verfügung stellen, es kann sich also 6-fach an ein Kation binden. Auf diese Weise vermag es, sehr stabile Komplexe auch mit solchen Kationen zu bilden, die, wie beispielsweise Calcium, eine äußerst geringe Tendenz zur Bildung von Komplexen haben. Komplexe dieser Art bezeichnet man auch als Chelatkomplexe, von lateinisch Chela bzw. griechisch Chele, Krebsschere. EDTA bildet besonders stabile Komplexe mit Cu²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺ und Co²⁺. In saurem pH-Wert liegt EDTA in verschiedenen Säureformen vor, die weniger dissoziiert sind. Die Säure löst sich daher langsam, vor allem bei niedrigem pH-Wert, die Salze sind dagegen sehr schnell in Wasser löslich. In Fetten ist EDTA nicht löslich. Die pK_S-Werte sind je nach Quelle 0,26, 0,96, 2,60 und 2,76 (für die Deprotonierung der vier Carboxygruppen) beziehungsweise 0, 1,5, 2 und 2,66 (für die Deprotonierung der vier Carboxygruppen) sowie 6,16 und 10,24 (für die Protonierung der zwei Aminogruppen).

Synthese

Durch die Strecker-Synthese von Formaldehyd und Blausäure mit Ethylendiamin über das Tetranitril und anschließender alkalischer Hydrolyse.

Verwendung

EDTA ist einer der am häufigsten verwendeten Komplexbildner. 1999 wurden in Europa rund 35.000 Tonnen, in den USA 50.000 Tonnen verbraucht.

Neben der freien Säure werden vielfach auch deren Salze verwendet:

• Dinatrium-ethylendiamin-tetraacetat (Na₂H₂EDTA, Natriumedetat, INS 386)
• Tetranatrium-ethylendiamin-tetraacetat (Na₄EDTA)
• Calcium-dinatrium-ethylendiamin-tetraacetat (CaNa₂EDTA, E 385)

Die wichtigsten Anwendungen von EDTA und deren Salzen sind

• Detergenzien: EDTA ist in vielen Wasch- und Reinigungsmitteln zur Bindung von Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen (Enthärtung) enthalten (es sollte aber nicht mit dem auch dort eingesetzten TAED verwechselt werden).
• Industrielle Reinigung: Komplexierung zweiwertiger Kationen wie Ca²⁺ und Mg²⁺ sowie einiger Schwermetallionen
• Photoindustrie: Fe^III-EDTA ist ein wichtiger Bestandteil (Oxidationsmittel für das metallische Silber) in der Farbentwicklung.
• Papierindustrie: Zur Komplexierung von Fe³⁺- und Mn²⁺-Ionen, die bei der chlorfreien Bleiche das Wasserstoffperoxid zersetzen
• Agrochemikalien: Fe^III-, Cu^II- und Zn^II-EDTA werden als Dünger verwendet, vor allem auf kalkhaltigen Böden (siehe dazu auch Hydrokulturdünger#Komplexbildner)
• Konservierungsmittel: EDTA komplexiert zweiwertige Metallkationen, die für die Funktion vieler Enzyme essenziell sind. Die Vermehrung von Bakterien wird so unter anderem in Kontaktlinsen-Pflegemitteln verhindert.

Weitere Verwendungen von EDTA sind:

• Textilindustrie: Stabilisierung von Bleichbädern
• Kosmetika: als Konservierungsstoff und um Verfärbungen durch Metalle in klaren Produkten zu vermeiden.
• Medizin: Behandlung von Metallvergiftungen. Eine umstrittene Therapie ist die Chelat-Therapie, bei der EDTA injiziert wird, um den Körper zu reinigen. In der diagnostischen Medizin wird EDTA als Calciumchelator eingesetzt und dient der Antikoagulation von Blutproben.
• In der Zahnmedizin verwendet man EDTA-Lösungen bei Wurzelkanalbehandlungen, um die bei der Aufbereitung des Wurzelkanales entstehende Schmierschicht zu entfernen und die Dentinkanälcheneingänge freizulegen.

Seine Calcium-Natriumsalze werden ebenfalls eingesetzt:

• Calciumdinatriumethylendiamintetraacetat wird als Antioxidationsmittel, Stabilisator und Komplexbildner verwendet. Durch die Bindung von Metallionen verhindert es eine Farbveränderung bei Lebensmitteln in Konservendosen. Öle werden aus gleichem Grund am Ranzigwerden gehindert. Es ist in der EU als Lebensmittelzusatzstoff der Bezeichnung E 385 nur für emulgierte Saucen, Dosen- und Glaskonserven, Halbfettmargarine sowie Schalentiere zugelassen. In Australien hat es keine Zulassung.
• Calciumdinatriumethylendiamintetraacetat wird in der Medizin ebenfalls als blutgerinnungshemmender Zusatzstoff für Blutabnahmen verwendet. Des Weiteren wird es als Medikamentenzusatz gegen Schwermetallvergiftungen, Herz-Kreislaufbeschwerden, Rheuma und Arthritis verabreicht. Weitere mögliche medizinische Einsatzgebiete sind Arteriosklerose und Durchblutungsstörungen.

In der Chemie oder Biologie wird EDTA vielfach verwendet.

• In der Analytischen Chemie (quantitative Analyse) wird EDTA als Komplexon / Titriplex II-Maßlösung dazu benutzt, in der Chelatometrie Metallionen wie Cu, Pb, Hg, Ca oder Mg quantitativ zu bestimmen. Auch das in Wasser besser lösliche Dinatriumsalz (Komplexon/Titriplex III) kann verwendet werden.
• EDTA ist einer der Bestandteile der TAE- und TBE-Puffer, die unter anderem bei der Gelelektrophorese, etwa zur Trennung von DNA-Fragmenten, Verwendung finden.
• Enzymlösungen werden oft mit EDTA versetzt, um der durch Schwermetallionen verursachten Hemmung der Enzymaktivität vorzubeugen.
• Pflanzennährlösungen wird EDTA zugefügt, um eine Fällung des benötigten Eisens mit dem ebenfalls benötigten Phosphat als Eisenphosphat zu verhindern.
• Bei der Abtötung gramnegativer Bakterien mit Lysozym wird EDTA zur Permeabilisierung der Außenmembran (plastische Schichte) hinzugegeben, teilweise auch bei einem Zellaufschluss.
• Auch lassen sich Metalloproteasen durch Chelatbildner wie EDTA inhibieren. Durch die Chelatisierung der Metallionen aus dem Aktivzentrum von Metalloproteasen verlieren diese ihre katalytische Aktivität.

Biologische Abbaubarkeit, Toxikologie und Allergien

EDTA und seine Metallkomplexe sind in der Abwasserreinigung nicht oder nur schlecht biologisch abbaubar. Durch Erhöhen des pH-Wertes und Verlängerung des Schlammalters kann jedoch eine weitgehende biologische Eliminierung von EDTA erreicht werden. Aus Klärschlamm, Sedimenten und Böden wurde eine Vielzahl von Mikroorganismen isoliert, die mit EDTA als alleiniger C- und N-Quelle wachsen können. Die Metallkomplexe von EDTA sind nicht oder nur sehr wenig toxisch für Organismen. EDTA vermag jedoch auch schwerlösliche Schwermetallsalze aus den Sedimenten zu lösen. Wenn das EDTA dann zerfällt, werden diese an der Oberfläche wieder frei.

Auch die Toxizität von EDTA für den Menschen ist sehr gering, sodass EDTA als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen ist. In sehr hohen Konzentrationen kann vor allem freies EDTA durch Bindung lebenswichtiger Metalle zu Störungen führen. Die in der Umwelt gemessenen Konzentrationen von EDTA sind für den Menschen unbedenklich. Gleichwohl kann es zu Stoffwechselbeeinträchtigungen oder (haut-)allergischen Reaktionen kommen.

Umweltverhalten

EDTA gelangt fast ausschließlich über das Abwasser in die Umwelt. Da EDTA unter normalen Bedingungen nur sehr langsam abgebaut wird, kann es in praktisch allen Wasserproben in niedrigen Konzentrationen nachgewiesen werden. EDTA-Konzentrationen in Flüssen liegen zwischen 10 und 100 µg/l, in Seen zwischen 1 und 10 µg/l. Im Grundwasser und Uferfiltrat kann EDTA in Konzentrationen zwischen 1 und 100 µg/l gefunden werden. Bei neutralen pH-Werten ist die Adsorption von EDTA an Mineraloberflächen gering, was zu einer hohen Mobilität im Grundwasser führt. Lediglich der Fe^III-EDTA-Komplex wird sehr schnell durch Sonnenlicht abgebaut. Dies ist der wichtigste Eliminationsprozess für EDTA in der Umwelt. EDTA wird während der Ozonisierung oder Chlorung von Trinkwasser nur unvollständig entfernt. Negative Umweltauswirkungen von EDTA haben wenig mit dessen spezifischer Toxizität zu tun, sondern vielmehr mit den komplexierenden Eigenschaften, die in Wechselwirkung mit anderen Stoffen (insbesondere Schwermetalle, Härtebildner und Mikronährstoffe), auftreten, diese beispielsweise aus dem Sediment lösen und so bioverfügbar machen können.

Das deutsche Umweltbundesamt empfiehlt: „Im Sinne einer vorsorgenden Stoffpolitik sollten EDTA und auch andere schwer abbaubare Komplexbildner wie Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA) oder Propylendiamintetraessigsäure (PDTA) durch Stoffe ersetzt werden, die möglichst leicht abbaubar sind und somit in Kläranlagen entfernt werden können.“ Mögliche Ersatzstoffe sind Nitrilotriessigsäure (NTA) und ihre Natriumsalze, Citrate, Gluconate, β-Alanindiessigsäure-Natriumsalz (ADA), Methylglycindiessigsäure (MGDA), u. a.m. In der Schweiz ist das Inverkehrbringen von Wasch- bzw. Reinigungs- und Desodorierungsmitteln mit einem Massengehalt von mehr als 0,5 % bzw. 1 % EDTA bzw. seiner Salze verboten.

Ersatzstoffe

• Nitrilotriessigsäure (NTA)
• Ethylenglycol-bis(aminoethylether)-N,N,N′,N′-tetraessigsäure (EGTA)
• Ethylendiamindibernsteinsäure (EDDS)
• Citronensäure
• Polycarboxylate
• Zeolithe, insbesondere Zeolith A
• Phosphonsäuren, Phosphonate

Weblinks

• Neues Rezeptur-Formularium: Natriumedetat (PDF; 110 kB)
• European Union Risk Assessment Report – Untersuchung der Substanz im Rahmen des Chemikaliengesetzes (PDF; 3 MB)
• zusatzstoffe-online.de: E 385 – Calcium-Dinatrium-EDTA

Einzelnachweise

1. ↑ Eintrag zu EDTA in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 6. August 2020.
2. 1 2 3 Eintrag zu Ethylendiamintetraessigsäure. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 29. September 2014.
3. 1 2 3 4 5 Eintrag zu Ethylendiamintetraessigsäure in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2020. (JavaScript erforderlich)
4. ↑ Eintrag zu Edetic acid in der ChemIDplus-Datenbank der United States National Library of Medicine (NLM), abgerufen am 11. Januar 2019. (Seite nicht mehr abrufbar, Inhalt nun verfügbar via PubChem ID 6049)
5. 1 2 3 4 5 Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) und ihre Alkalisalze [MAK Value Documentation in German language, 2009]. In: MAK, 46. Lieferung, 2009, DOI:10.1002/3527600418.mb6000d0046. S. 1.
6. ↑ Eintrag zu Edetic acid im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 1. Februar 2016. Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
7. ↑ Paolieri Matteo: Ferdinand Münz: EDTA and 40 years of inventions In: ACS Bulletin for the History of Chemistry. 42(2), 2017, S. 133–140.
8. ↑ Patent US2130505A: Polyamino carboxylic acids and process of making same. Angemeldet am 3. April 1937, veröffentlicht am 20. September 1938, Anmelder: General Aniline Works Inc, Erfinder: Ferdinand Munz.‌
9. ↑ Hans Peter Latscha: Analytische Chemie. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-18493-2, S. 303.
10. ↑ Beyer/Walter: Lehrbuch der organischen Chemie, 19. Auflage, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1981.
11. ↑ Verordnung (EG) Nr. 1333/2008 in der konsolidierten Fassung vom 31. Oktober 2022
12. ↑ Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) und ihre Alkalisalze MAK Value Documentation in German language, 2009
13. ↑ Calcium-Dinatrium-EDTA auf codecheck.de
14. ↑ EDTA-Allergie: Symptome Ursachen und Tipps.
15. ↑ Trinkwasserbericht Nordrhein-Westfalen 2008 des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen abgerufen am 27. Oktober 2019.
16. 1 2 Auswertungsbericht Komplexbildner der Internationale Kommission zum Schutz des Rheins (IKSR) 2012 abgerufen am 27. Oktober 2019.
17. ↑ Umweltbundesamt: Chemikalienpolitik und Schadstoffe, REACH, Wasch- und Reinigungsmittel, Informationen für Verbraucher, Stand 10. August 2010, angegebene Quelle: Industrieverband Körperpflege und Waschmittel e. V. (IKW), Februar 2000.
18. ↑ Anhänge 2.1 und 2.2 Chemikalien-Risikoreduktions-Verordnung, abgerufen am 15. Januar 2018.