Тема исследовательской работы: Медь - биогенный элемент. Изучение механизма растворения меди в соляной кислоте и получение ее солей (I) (стр. 1 )

Департамент Образования города Москвы

Государственное бюджетное образовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 000

Тема исследовательской работы: Медь - биогенный элемент. Изучение механизма растворения меди в соляной кислоте и получение ее солей (I)

Автор (ФИО полностью, класс) , 9 «Б»

Руководитель работы

, учитель химии ВКК ГБОУ СОШ № 000

Москва, 2017 г.

Содержание

1.  Введение 2

2.  Медь-биогенный элемент 4

3.  Препараты меди 8

4.  Соединения меди (I) 9

5.  Экспериментальная часть 32

6.  Вывод 32

7.  Список литературы 33

Введение

Медь — важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах: синтезе гемоглобина, в образовании костной ткани, функционировании системы кровообращения и центральной нервной системы, при получении энергии из клеток. Дефицит меди в организме может привести к таким тяжелым последствиям как порок развития костей, анемия и мозговая недостаточность. Металлическая медь, как и серебро, обладает антибактериальными и противогрибковыми свойствами.

В настоящее время в медицине применяют лазеры на парах меди для лечения онкологических заболеваний и косметических процедур. Волокна меди могут использоваться для массажа. Также достаточно большое количество соединений меди используется в медицине.

Гипотеза: реальные химические свойства меди и получение ее солей не совпадают с описанием в школьных учебниках.

Цель: узнать применение соединений меди в медицине и получить соли одновалентной меди

В работе решаются следующие задачи:

·  изучение литературы, посвященной меди и ее соединениям, лекарственным препаратам и веществам на основе меди;

·  затронуть применение микроэлемента в медицине; разобрать препараты (биологически активные добавки) в состав, которых входит медь;

·  рассмотреть координационные соединения меди (в основном белки), встречающиеся в живых организмах.

Методы исследования: приведены экспериментальные методы исследования возможных процессов растворения меди в соляной кислоте в различных условиях.

Оборудование: медь, соляная кислота, пероксид водорода, раствор аммиака, химические стаканы, стеклянные бутылочки

Выводы:

1. Проведено сравнение свойств меди и ее соединений (в том числе, входящих в состав живых организмов), взятых из учебной и научной литературы разного уровня сложности: для учащихся средней школы и для студентов химических институтов.

2.  Найдены литературные данные о механизме растворения меди в соляной кислоте. Проведены опыты, подтверждающие данный механизм. Получены соли меди (I), кроме фосфата.

3.  Освоены некоторые качественные реакции, применение которых возможно в условиях школьной лаборатории.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1. Медь-биогенный элемент

Медь— биогенный элемент, содержится в тканях животных и растений. Общая масса меди в организме взрослого человека примерно 100 мг, что составляет около 0,0001%. Примерно 30% этого количества содержится в мышцах. Печень и мозг также богаты медью. Металлическая медь и ее соединения токсичны [9].

Медь широко распространена в природе и является кофактором более чем 30 различных ферментов благодаря великолепным окислительно-восстановительным свойствам металла. Медь исключительно важна для процессов усвоения железа. Медь входит в состав церулоплазмина животных и человека. Церулоплазмин не только транспортирует медь, но и переводит двухвалентное железо в трехвалентное, реализуемое далее либо в трансферрине с последующим синтезом гемоглобина эритроцитов в костном мозге, либо в активации перекисного окисления. Медь индуцирует образование супероксид-ион-радикала, который при реакции с перекисью водорода в присутствии трехвалентного железа генерирует гидроксидные радикалы, идущие на расщепление патологических элементов детрита, продуктов воспаления, мутировавших клеток. Медь в составе церулоплазмина и супероксиддисмутазы — факторов нейроэцдокринной регуляции и естественной защиты — чрезвычайно необходима при стрессовых состояниях, воспалительных и аллергических процессах. Медь участвует в синтезе белков, фосфолипидов, влияет на размножение и деление клеток. Ионы меди, инактивируя инсулиназу, вызывают снижение уровня глюкозы в крови, а также стимулируют образование гликогена в печени. Медь принимает участие в минеральном обмене.

Итак, наиболее важными с физиологической точки зрения являются медьсодержащие белки — цитохромоксидаза и супероксиддисмутаза.

Цитохромоксидаза — один из компонентов дыхательной цепи, локализованной в мембранах митохондрий. Обеспечивает клеточное дыхание, восстанавливая кислород до воды на конечном участке дыхательной цепи.

Цитохромоксидаза (М, = 200 000) состоит из семи белковых субъединиц и четырех связанных с ними активных центров: двух молекул тема, связывающих ионы железа, и двух ионов меди, непосредственно связанных с белковыми субъединицами. Такая структура цитохромоксидазы обеспечивает передачу четырех электронов из дыхательной цепи и осуществление реакции

О2 + 4Н+ + 4е- →Цитохромоксидаза→ 2Н2О

При неполном восстановлении кислорода в дыхательной цепи образуется анион пероксида: О2+ е- → О2-

Взаимодействие этого аниона с органическими соединениями клетки приводит к образованию радикалов и нарушению нормального развития клетки. Повреждающее действие аниона предотвращается медьсодержащим ферментом супероксиддисмутазой (СОД). Этот фермент катализирует реакцию: О2-+ О2-+ 2Н+→ Н2О2+ О2 Образующийся при этом пероксид водорода разлагается каталазой. В результате совместного действия содержание радикалов в клетке поддерживается на безопасном уровне. Интересно, что переносчиком кислорода у моллюсков и членистоногих является не гемоглобин, а гемоцианин (от греч. кианос — лазурный). Кровь этих животных имеет голубой цвет.

Гемоцианин в зависимости от биологического вида имеет различную молекулярную массу (у омара Мг= 825000) и состоит из большого числа белковых субъединиц (Мг от 25000 до 35000). Каждая субъединица имеет центры связывания кислорода. Эти центры представляют собой медьпротеиновые комплексы кислорода (биокластеры) с двумя ионами меди. Каждая такая пара связывает одну молекулу кислорода.

Ежедневно организму требуется 2,5—5,0 мг меди. При недостатке в организме меди может развиваться болезнь — медьдефицитная анемия. Медь необходима для усвоения железа, в частности, при синтезе цитохромоксидазы, которая содержит и железо, и медь. При дефиците меди нарушается нормальное развитие соединительных тканей и кровеносных сосудов [7].

Широкое применение меди и ее соединений в промышленности и сельском хозяйстве повышает риск отравления этими веществами. Отравления обычно связаны со случайной передозировкой инсектицидов, вдыханием порошка металла, заглатыванием растворов солей меди. Большую опасность представляют напитки, хранящиеся в медных сосудах без защитного покрытия стенок.

Токсическое действие соединений меди обусловлено тем, что ионы меди взаимодействуют с тиольными —SН-группами (связывание) и аминогруппами —NH2(блокирование) белков. При этом могут образовываться биокластеры хелатного типа:

Вследствие таких взаимодействий белки становятся нерастворимыми, теряют ферментативную активность. В результате нарушается нормальная жизнедеятельность.

В качестве наружного средства применяют 0,25%-ный водный раствор сульфата меди СuSО4при воспалении слизистых оболочек и конъюнктивитах. Малые дозы этого препарата могут применяться во время приема пищи для усиления эритропоэза при малокровии.

В организме медь функционирует в степенях окисления + 1 и +2. Ионы Сu+и Сu2+входят в состав «голубых» белков, выделенных из бактерий. Эти белки имеют сходные свойства и называются азуринами.

Медь (I) более прочно связывается с серосодержащими лигандами, а медь (II) с карбоксильными, фенольными, аминогруппами белков. Медь (I) дает комплексы с координационным числом, равным 4. Образуется тетраэдрическая структура (если участвует четное число d-электронов). Для меди (II) координационное число равно 6, ему соответствует орторомбическая геометрия комплекса.

Металл может легко переходить из одной валентности в другую, инициируя тем самым свободно-радикальные реакции окисления, в первую очередь перекисное окисление липидов, приводящее к образованию активных форм кислорода. Это приводит к нарушению целостности клеточных мембран. В результате меняется вязкость мембран, извращается работа мембраноассоциированных белков, происходит свободно-радикальное повреждение ДНК и РНК. Запускаются процессы патологического апоптоза. Таким образом, организм должен не только уметь извлекать медь из пищи, но и нейтрализовывать избыток металла (, , 2002).

2. Препараты меди

Сульфат меди (Cupri sulfas, Cuprum sulfuricum; синоним медный купорос) применяют в качестве вяжущего и антисептического средства (см.) при лечении конъюнктивитов в виде глазных капель (0,25% раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди, нитрата калия, квасцов и камфоры). Слабые растворы (0,25— 0,5%) используют при лечении острых воспалительных заболеваний кожи. При ожогах фосфором производят обильное смачивание обожженного участка 5% раствором сульфата меди. В случаях отравления белым фосфором, принятым внутрь, назначают внутрь 0,3—0,5 г сульфата меди в 1/2 стакана воды и промывают желудок 0,1% раствором. 0,25—0,5% растворы используют для примочек, промываний при уретритах, спринцеваний. Высшая разовая доза — 0,5  г  (однократно — как  рвотное).
Цитрат меди (Cupri citras, Cuprum citricum; синоним медь лимоннокислая) применяют в виде глазной мази (1—5%) при трахоме и конъюнктивитах. Для лечения трахомы используют также мазь офтальмол (Ophthalmolum), содержащую 5 частей цитрата меди, 6 частей ланолина безводного и 89 частей вазелина.