ТЕМА. Біогенні d-елементи : біологічна роль, застосування в медицині.

2. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Біологічна роль d-елементів обумовлена їх здатністю брати участь в лігандообмінних, гетерогенних, протолітичних реакціях. До особливо поширених і важливих в людському організмі та для фармакології слід віднести d-елементи І-Б групи мідь, срібло, золото, ІІ-Б групи цинк, кадмій, ртуть та VІ-Б групи хром і молібден. З елементів підгрупи мангану найбільше практичне значеннямає сам манган.

З елементів родини заліза важливе значення мають залізо, кобальт і нікель.

Знання будови атомів та властивостей d-елементів та їх сполук необхідні студентам-медикам для засвоєння багатьох розділів біохімії, фармакології, фізіології та спеціальних дисциплін. Розуміння ролі їх сполук та метаболічних реакцій неможливе без попереднього вивчення властивостей елементів та їх простих сполук.

 

3. МЕТА. Сформувати уявлення про d-елементи, їх будову, властивості, роль у життєдіяльності організму, застосування сполук цих d-елементів у медицині.

Оволодіти методикою проведення якісних реакцій відкриття катіонів d-елементів у розчинах та біологічних рідинах.

Студент повинен знати:

- положення в періодичній системі, електронну будову, ступінь окислення, валентність, електронегативність d-елементів;

- закономірності зміни фізико-хімічних властивостей d-елементів та їх сполук;

- біологічну роль d-елементів в організмі, наслідки надлишку або недостачі катіонів цих елементів;

- застосування сполук d-елементів у медицині;

- характерні якісні реакції відкриття катіонів d-елементів;

вміти:

- складати електронні формули атомів та іонів d-елементів груп;

- проводити якісні реакції на катіони срібла, міді, цинку, заліза, перманганат-іон;

- складати рівняння якісних реакцій відкриття цих d-елементів;

оволодіти навичками:

- виявлення катіонів d-елементів у розчинах і біологічних рідинах.

ГРАФ ЛОГІЧНОЇ СТРУКТУРИ.

d-Елементи

Положення у періодичній Властивості елементів Біороль та

системі. Будова атомів та їх сполук застосування їх сполук у медицині

 

Ступінь окиснення, електро- Характерні якісні реакції відкриття

негативність та характер d-елементів у розчинах і зв’язків у сполуках біологічних рідинах.

ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. d-Елементи.	1.1 Положення у періодичній системі елемен-тів, будова атомів. Електронна будова атомів. 1.2. Електронегативність, ступінь окиснення, характер зв’язків. Координаційні числа. 1.3. Кислотноосновні та окисно-відновні влас-тивості сполук цих елементів у порівнянні з властивостями сполук елементів головних підгруп.
2. Біороль d-елементів та застосування їх у медицині.	2.1. Біологічна роль d-елементів в організмі людини. 2.2. Застосування сполук d-елементів у медицині.
3. Характерні аналітичні реакції відкриття іонів d–елементів у розчинах та біологічних рідинах.	3.1. Якісна реакція на катіон срібла. 3.2. Якісна реакція на катіон міді (І). 3.3. Якісна реакція на катіон цинку. 3.4. Якісна реакція на перманганат-іон. 3.5. Якісна реакція на катіон заліза (ІІІ).

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів)

1) Вказати правильну електронну формулу, що характеризує валентні електрони атома хрому

а) 3d⁵ 4 s² в) 3d⁴ 4s²

б) 3d⁵ 4s¹ г) 4d⁴ 4s²

2) Вказати найбільш характерні ступені окиснення елементів І-Б групи у сполуках у порядку зростання заряду ядра їх атомів

а) +1, +2, +3 в) +2, +3, +3

б) +2, +1, +3 г) +1, +1, +1

 

3) Вказати найхарактерніші ступені окиснення цинку, кадмію і ртуті

а) +2, +2, +1 в) +2, +2, 0

б) +2, +2, +2 г) +2, 0, 0.

 

4) Вказати, який характер зв’язку проявляється у кристалах хлоридів металів ІІ-Б групи

а) полярний ковалентний; в) іонний;

б) неполярний ковалентний; г) металічний.

 

 

5) Вказати, в якому стані міститься мідь в організмі людини

а) у вільному стані;

б) у вигляді гідратованих іонів Cu²⁺

в) у вигляді комплексів з білками, що містять мідь, яка має ступінь окиснення +1 і +2;

г) у вигляді комплексів з білками, що містять мідь, яка має ступінь окиснення +2.

 

6. Пояснити, чому при додаванні до осаду гідроксиду міді розчину аміаку відбувається розчинення осаду і розчин набуває інтенсивно синього забарвлення

а) тому, що рН розчину стає слабо лужним;

б) тому, що утворюється купрат-іон [Cu(OH)₄]^2-;

в) тому, що утворюються іони [Cu(NH₃)₄]²⁺;

г) тому, що утворюються іони [Cu(H₂O)₆]²⁺.

 

7) Вказати, які найбільш характерні ступені окиснення проявляють залізо, кобальт, нікель у сполуках

а) +3,+2,+3 в) +3,+3,+2

б) +3,+2,+2 г) +2,+3,+3

 

8) Вказати, які ступені окиснення характерні для елементів родини заліза у їх комплексних сполуках з білками в живих організмах

а) +2; б) +3; в) +2 і +3; г) +1,+2,+3.

 

9) Вказати, який ступінь окиснення характерний для сполук марганцю в організмі людини.

а) 0; б) +2; в) +4; г) 7.

 

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ

1. Правильна відповідь б).

Хром знаходиться у VІ групі у 4 періоді, тому у його атомі заповнюється 3d-підрівень, а число валентних електронів (s та d) повинно дорівнювати шести. Оскільки в атомі хрому відбувається перескок одного електрона з 4s-підрівня на 3d-підрівень, у нього утворюється стійкий, наполовину заповнений 3d-підрівень.

2) Правильна відповідь б).

 

3) Правильна відповідь в).

У побічній підгрупі ІІ групи потенціал іонізації від цинку до ртуті збільшується, схильність до окиснення, а значить і стабільність катіонів зменшується. Тому, якщо для цинку характерний ступінь окиснення 2+, то для ртуті більш стабільним є стан зі ступенем окиснення 0. Так, ртуть можна перевести у розчинний стан тільки сильними окисниками, а катіони ртуті Hg²⁺ та Hg₂²⁺ легко відновлюються до вільного металу.

 

4) Правильна відповідь а).

Хлориди цинку, кадмію та ртуті слід віднести до солей з полярним ковалентним зв’язком. Причому у вказаному ряду полярність зв’язку зменшується. У кристалах солі HgCl₂ доведена наявність молекулярних структур. Такий характер зв’язку можна пояснити високими енергіями іонізації атомів внаслідок стійкого стану повністю заповнених (n-1)d¹⁰ns² атомних орбіталей.

 

5. Правильна відповідь в).

В організмі людини мідь міститься переважно у вигляді білкових комплексів. Ступінь окиснення міді в них: +1 та +2.

Такі комплекси, насамперед, є ферментами - оксидоредуктазами. Участь ферментів, які містять мідь, у перенесенні електронів від субстрату базується на зміні ступеня окиснення атомів міді від +2 до +1.

 

6) Правильна відповідь в).

У надлишку розчину аміаку гідроксид міді утворює комплексну сполуку - аміакат міді, розчинну у воді, яскраво-синього кольору:

Сu(ОН)₂ +4 (NH₃·H₂O) = [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 4H₂O

Cu(OH)₂ + 4(NH₃·H₂O) = [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 2OH^- +4H₂O

 

7) Правильна відповідь б).

Від заліза до нікеля стабільність сполук з нижчим позитивним ступенем окиснення зростає. Якщо для заліза найбільш характерним є ступінь окиснення +3, то сполуки кобальту (ІІІ) про­являють яскраво виражені окислювальні властивості. Сполуки ж нікелю (ІІІ) настільки нестійкі, що у водних розчинах прак­тично не існують; їх можна одержати, лише подіявши дуже сильним окисником на сполуки нікелю (ІІ). Отже, для заліза більш характерний ступінь окиснення +3, а для кобальту та нікелю +2.

 

8) Правильна відповідь в).

 

9) Правильна відповідь б).

 

8. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

8.1. Проведення якісної реакції на катіон срібла (І). Реакція з розчином хлориду або соляною кислотою.

У пробірку внести 1 мл розчину солі срібла і додати такий же об’єм соляної кислоти або солі соляної кислоти. Спостерігається утворення білого осаду хлориду срібла.

AgNO₃ + NaCl = AgCl Œ + NaNO₃

Ag⁺ + Cl^- = AgCl Œ

Перевірити розчинність осаду у сильних мінеральних кислотах та розчині аміаку.

Написати рівняння реакції розчинення осаду в розчині аміаку. Зробити висновок про умови відкриття іона срібла (І) у вигляді хлориду срібла.

8.2. Проведення якісної реакції на катіон міді (ІІ). Реакція з жовтою кров’яною сіллю (калій гексаціаноферратом (ІІ).

У пробірку внести 1 мл розчину солі міді (ІІ) і таку ж кількість розчину калій гексаціаноферрату (ІІ) (жовтої кров’яної солі - К₄ [Fe(CN)₆]). Спосетрігається утворення червоно-бурого осаду купрум гексаціаноферрату (ІІ):

2CuSO₄ + К₄ [Fe(CN)₆]) = Cu₂[Fe(CN)₆] œ + K₂SO₄

2Cu²⁺ + [Fe(CN)₆]^4- = Cu₂[Fe(CN)₆] œ

Перевірити розчинність осаду у сильних мінеральних кислотах та лугах. Написати рівняння реакцій розчинення осаду в кислотах і лугах. Зробити висновок про умови відкриття катіону міді (І) у вигляді купрум (ІІ) гексаціаноферрату.

8.3. Проведення якісної реакції на катіон цинку (ІІ). Реакція з розчином лугу.

У пробирку внести 1 мл розчину солі цинку, краплями додати розчин лугу до утворення осаду.

ZnSO₄ +2NaOH = Zn(ОН)₂ ↓ + Na₂SO₄

Zn²⁺ + 2OH^-= Zn(OH)₂ ↓

Вміст пробірки поділити на дві частини. До однієї частини додати соляну кислоту, до другої - надлишок розчину лугу.

Написати рівняння реакцій розчинення осаду в кислотах та в лугах;

зробити висновок про умови відкриття іона Zn²⁺ в вигляді гідроксиду.

 

8.4. Проведення якісної реакції на катіон заліза (ІІІ). Реакція з розчином роданіду амонію NH₄CNS.

До 1 мл розчину солі заліза (ІІІ) додати такий же об’єм розчину роданіду амонію або калію. Утворюється розчин криваво-червоного кольору.

Fe₂(SO₄)₃ + 6NH₄CNS = 2Fe(CNS)₃ œ+ 3(NH₄)₂SO₄

Fе³⁺ +3CNS^– =Fe(CNS)₃ œ

Перевірити дію на роданід заліза (ІІІ) сильної кислоти та лугу. Написати рівняння реакції руйнування роданідів у лужному середовищі. Зробити висновок про умови відкриття катіона заліза (ІІІ) роданід-іоном.

 

8.5. Проведення якісної реакції на перманганат-іон. Реакція з перекисом водню у кислому середовищі.

У пробірку внести 1 мл розчину перманганату калію, додати 2-3 краплі розчину сірчаної кислоти та 5 крапель розчину перикису водню з масовою часткою Н₂О₂ 10%.

Спостерігається знебарвлення розчину перманганату калію.

Cкласти рівняння реакції за схемою:

КМпО₄ + Н₂SO₄ + H₂O₂ g MnSO₄ + O₂ + K₂SO₄ + H₂O

 

8.6. Оформлення протоколу лабораторної роботи.

Записати у зошит необхідні рівняння реакцій та висновки до кожного з дослідів.

 

ЛІТЕРАТУРА.

1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. –В: НОВА КНИГА, 2006, с. 225-256.

2. Медицинская химия: учеб. / В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук. – К.: Медицина, 2008.

3. Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я., Павленко Н.В. Химия биогенных элементов.-К: Вища школа, 1990, с. 69-106.

4. Біонеорганічна, фізколоїдна і біоорганічна хімія. Вибрані лекції. За ред. проф. Л.О. Гоцуляка. –О: Одеський медуніверситет, 1999, с. 26-37.

5. Глинка Н.Л. Общая химия. -Л: Химия, 1984.

 

ЗАНЯТТЯ № 4