Tetranatrium-N,N-bis(carboxylatomethyl)-L-glutamat

Strukturformel
Allgemeines
Name	Tetranatrium-N,N-bis(carboxylatomethyl)-L-glutamat
Andere Namen	L-Glutaminsäure-N,N-diessigsäure-tetranatriumsalz (S)-Glutaminsäure-N,N-diessigsäure-tetranatriumsalz N,N-Bis(carboxymethyl)-L-glutaminsäure-tetranatriumsalz GLDA-Na4 TETRASODIUM GLUTAMATE DIACETATE (INCI)[1] Dissolvine® GL
Summenformel	C9H9NO8Na4
Kurzbeschreibung	weißes Pulver[2]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 51981-21-6 EG-Nummer 257-573-7 ECHA-InfoCard 100.052.322 PubChem 44630158 ChemSpider 21161449 Wikidata Q25393000
Eigenschaften
Molare Masse	351,13 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,466 g·cm−3 (20 °C)[2]
Schmelzpunkt	280 °C (Zersetzung)[2]
Löslichkeit	sehr gut löslich in Wasser (ca. 1000 g·cm−3 bei 20 °C)[2] sehr gut löslich in Wasser (bei pH 1 ca. 35 Gew.-%)[3] löslich in Ethylenglycol (45 Gew.-%), in 5m NaOH (60 Gew.-%)[4]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[2] keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Tetranatrium-N,N-bis(carboxylatomethyl)-L-glutamat (GLDA-Na₄) ist das Tetranatriumsalz der L-Glutaminsäure-N,N-diessigsäure (GLDA-H₄), das von der Aminosäure Glutaminsäure abgeleitet ist und sich als Komplexbildner vom Aminopolycarboxylat-Typ durch besonders hohe Bioabbaubarkeit und Löslichkeit auszeichnet.^[4]

GLDA-Na₄ wird als „grüne“ Alternative zu den am meisten verbreiteten Chelatoren Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) und Nitrilotriessigsäure (NTA) diskutiert.

Ausgangsstoff für GLDA-Na₄ ist L-Glutaminsäure^[5] und besonders das wesentlich besser wasserlösliche und als Geschmacksverstärker in Mengen über 3 Millionen Tonnen pro Jahr hergestellte Mononatriumglutamat (MSG).^[6] Zur Erzielung akzeptabler Ausbeuten wird MSG bei pH<7 in einer Cyanmethylierung mit wässrigem Formaldehyd und Cyanwasserstoff zu Natriumglutamat-diacetonitril, einem substituierten Iminodiacetonitril, umgesetzt.^[7]

Das Diacetonitril wird mit Natronlauge unter Abspaltung von Ammoniak in über 90 %iger Ausbeute zum Tetranatriumsalz der L-Glutaminsäure-N,N-diessigsäure hydrolysiert.^[8]

Eine Verfahrensvereinfachung stellt die Verwendung von Natriumcyanid anstatt Blausäure dar.^[9] Die erhaltenen Ausbeuten liegen bei 90 % mit Gehalten am Nebenprodukt Nitrilotriessigsäure von deutlich unter 0,1 Gew.-%. Die Reaktion kann sowohl diskontinuierlich als Chargenprozess, als auch als kontinuierlicher Prozess ausgeführt werden.

Tetranatrium-N,N-bis(carboxylatomethyl)-L-glutamat ist ein weißer, sehr gut wasserlöslicher, hygroskopischer Feststoff, der alkalisch reagierende (typischerweise pH 11,5) und schwach gelbe wässrige Lösungen bildet.^[4] Im Gegensatz zu EDTA und NTA löst sich GLDA-Na₄ in wässrigen Medien sehr gut über einen breiten pH-Bereich von 1 bis 12. Die thermische Stabilität (Zersetzung >280 °C) liegt deutlich über der von EDTA und NTA (>150 °C).^[10]

Wegen der (derzeit) akzeptierten, aber letztlich unbefriedigenden ökologischen und toxikologischen Profile der gängigsten und auf petrochemischen Rohstoffen basierenden Komplexbildner EDTA und NTA wird weiter nach umweltverträglicheren Alternativen gesucht. Neben β-Alanindiessigsäure (β-ADA), Methylglycindiessigsäure (MGDA), Tetranatriumiminodisuccinat (IDHA) sowie Citraten und Gluconaten wurde Tetranatrium-N,N-bis(carboxylatomethyl)-L-glutamat als bioabbaubarer und weitgehend aus nachwachsenden Rohstoffen – hier L-Glutaminsäure – hergestellter Komplexbildner entwickelt. GLDA-Na₄ ist nach der OECD-Methode OECD 301 D (>60 % nach 28 Tagen) als leicht biologisch abbaubar klassifiziert.^[10]

Die folgende Tabelle gibt die Komplexbildungskonstanten log K von GLDA im Vergleich zu den Standards EDTA und NTA, sowie zu den bioabbaubaren Komplexbildnern Methylglycindiessigsäure (MGDA) und Tetranatriumiminodisuccinat (IDS) gegenüber mehrwertigen Metallionen wieder:

EDTA weist gegenüber allen Kationen im Vergleich zu anderen Chelatoren deutlich höhere Komplexbildungskonstanten auf und bildet daher auch stabilere Komplexe als GLDA, das meist geringfügig niedrigere log K-Werte mit Metallionen als NTA besitzt.

Die wichtigste Eigenschaft von Chelatoren ist die Komplexbildung mit Calcium- und Magnesium-Ionen als wesentliche Verursacher für Wasserhärte. Chelatisierung der härtebildenden Ca²⁺-Ionen mit GLDA-Na₄ kann die Ausfällung von Calciumcarbonat, auch bei hohen Temperaturen, verhindern und die Auflösung von Kalkablagerungen fördern. Dadurch wirkt Tetranatrium-N,N-bis(carboxylatomethyl)-L-glutamat als so genannter Builder in Wasch- und Reinigungsmitteln, indem es die Emulgatorwirkung von Tensiden verbessert.^[5]

Wegen seiner sehr guten Wasserlöslichkeit und Stabilität auch bei hohen pH-Werten eignet sich GLDA-Na₄ zum Ersatz von Natriumtripolyphosphat (engl. STPP) in maschinellen Geschirrspülmitteln oder phosphatfreien Waschmitteln.^[14]

GLDA-Na₄ erhöht die Wirksamkeit von Bioziden durch Komplexierung von Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen, die zur Destabilisierung der Membranen von Mikroorganismen führt und so deren Empfindlichkeit gegenüber Konservierungsmitteln und Bioziden erhöht.

Die komplexbildenden Eigenschaften von GLDA-Na₄ werden in der Öl- und Gasförderung zur Auflösung von Ablagerungen von Strontiumsulfat, Bariumsulfat und Calciumsulfat und zur Verhinderung der Ausfällung schwerlöslicher Eisensalze eingesetzt.^[15]

Komplexe von Spurenelementen mit Tetranatrium-N,N-bis(carboxylatomethyl)-L-glutamat finden als Mikronährstoffe (engl. micronutrients) in Düngemitteln^[16] und als Lebensmittel- und Futterzusätze (Supplement) Verwendung.^[17]

1. ↑ Eintrag zu TETRASODIUM GLUTAMATE DIACETATE in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 29. Dezember 2019.
2. ↑ ^{a b c d e} Eintrag zu Tetranatrium-N,N-bis(carboxylatomethyl)-L-glutamat in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 23. April 2016. (JavaScript erforderlich)
3. ↑ Green chelating agent. In: Chemical Engineering. 1. Februar 2007, abgerufen am 28. April 2016. 
4. ↑ ^{a b c} Dissolvine® GL technical brochure. (PDF; 5,8 MB) In: akzonobel.com. Akzo Nobel Functional Chemicals, archiviert vom Original am 26. April 2016; abgerufen am 28. April 2016 (englisch). 
5. ↑ ^{a b} Patent US5948748: Detergent composition. Angemeldet am 2. Oktober 1997, veröffentlicht am 7. September 1999, Anmelder: Kao Corp., Erfinder: G. Hagino, S. Tagata, S. Kamioka.‌
6. ↑ Glutamic Acid and Monosodium Glutamate (MSG) Market Size, Potential, Industry Outlook, Regional Analysis, Application Development, Competitive Landscape & Forecast, 2016 - 2023. In: Global Market Insights. Abgerufen am 28. April 2016. 
7. ↑ Patent WO2009109544A1: Verfahren zur Herstellung von Aminodicarbonsäure-N,N-diessigsäuren. Angemeldet am 2. März 2009, veröffentlicht am 11. September 2009, Anmelder: BASF SE, Erfinder: A. Oftring, A. Stamm, F. Wirsing, G. Braun.‌
8. ↑ Patent US8399705: Alkali metal salt of glutamic acid N,N-diacetic acid, a process to prepare such salt, and the use thereof. Angemeldet am 14. August 2008, veröffentlicht am 19. März 2013, Anmelder: Akzo Nobel N.V., Erfinder: T.O. Boonstra, M. Heus.‌
9. ↑ Patent WO2010139755A1: Process to prepare a chelating agent or precursor thereof using a cyanide salt. Angemeldet am 3. Juni 2010, veröffentlicht am 9. Dezember 2010, Anmelder: Akzo Nobel Chemicals International B.V., Erfinder: H. Lammers, M. Heus, T.O. Boonstra, A.M. Reichwein.‌
10. ↑ ^{a b} J. Seetz, G.P. Stafford: Bound by biodegradability. In: Soap, Perfumery & Cosmetics. 2007, S. 75–76 (akzonobel.com [PDF; 1,6 MB]). 
11. ↑ ^{a b} Chelates Product Guide. (PDF; 4,9 MB) In: akzonobel.com. Akzo Nobel Functional Chemicals, archiviert vom Original am 26. April 2016; abgerufen am 28. April 2016 (englisch). 
12. ↑ BASF SE, Technical Information, Trilon® M types: Trilon M types
13. ↑ Lanxess AG, General Product Information: Baypure
14. ↑ Patent US20160097020A1: Aqueous solutions containing a complexing agent in high concentration. Angemeldet am 13. Mai 2014, veröffentlicht am 7. April 2016, Anmelder: BASF SE, Erfinder: M.C. Biel, T. Greindl, M. Hartmann, W. Staffel, M. Reinoso Garcia.‌
15. ↑ Patent WO2012146895A1: Treatment fluids containing biodegradable chelating agents and methods for use thereof. Angemeldet am 26. April 2012, veröffentlicht am 1. November 2012, Anmelder: Halliburton Energy Services, Inc., Erfinder: E.A. Reyes, T.D. Welton.‌
16. ↑ Patent WO2015036374A2: Acidic fertilizer compositions containing a metal complex of glutamic acid N,N′-diacetic acid or iminosuccinic acid. Angemeldet am 9. September 2014, veröffentlicht am 19. März 2015, Anmelder: Akzo Nobel Chemicals International B.V., Erfinder: A.M. Reichwein, M.H.J. Bugter.‌
17. ↑ Patent WO2011051295A1: Use of a metal supplement in animal feed. Angemeldet am 26. Oktober 2010, veröffentlicht am 5. Mai 2011, Anmelder: Akzo Nobel Chemicals International B.V., Erfinder: C.T.J. Wreesmann, A.M. Reichwein, M.A. van Doorn, J. Martintereso López.‌