Металлы жизни
, нерастворимый в воде
Mn(CN)2 (белого цвета) за счёт комплексообразования растворяется в
присутствии KCN:
4KCN + Mn(CN)2 = K4[Mn(CN)6] (гексацианоманганат (II))
Аналогичным образом протекают реакции:
4KF + MnF2 = K4[MnF6] (гексафтороманганат (II))
2KCl + MnCl2 = K2[MnCl4] (тетрахлороманганат (II))
Большинство манганатов (II) (кроме комплексных цианидов) в
разбавленных растворах распадается.
При действии окислителей производные Mn (II) проявляют
восстановительные свойства. Так, в щелочной среде Mn(OH)2 легко окисляется
даже молекулярным кислородом воздуха, поэтому осадок Mn(OH)2, получаемый по
обменной реакции, быстро темнеет:
+2 +4
6Mn(OH)2 + O2 = 2Mn2MnO4 + 6H2O
В сильнощелочной среде окисление сопровождается образованием оксоманганатов
(VI) - производных комплекса MnO42-:
+2 +5 +6 -1
3MnSO4 + 2KClO3 + 12KOH = 3K2MnO4 + 2KCl + 3K2SO4 + 6H2O
сплавление
Сильные окислители, такие, как PbO2 (окисляет в кислой среде), переводят
соединения Mn (II) в оксоманганаты (VII) - производные комплекса MnO-4:
+2 +4 +7 +2 +2
2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2O
Последняя реакция используется в аналитической практике как качественная
реакция на соединения марганца.
Соединения марганца в биологических системах
Марганец весьма интересен в биохимическом отношении. Точные анализы
показывают, что он имеется в организмах всех растений и животных.
Содержание его обычно не превышает тысячных долей процента, но иногда
бывает значительно выше. Например, в листьях свёклы содержится до 0,03%, в
организме рыжих муравьёв - до 0,05%, а в некоторых бактериях даже до
нескольких процентов Mn. Опыты с кормлением мышей показали, что марганец
является необходимой составной частью их пищи. В организме человека больше
всего марганца (до 0,0004%) содержит сердце, печень и надпочечники. Влияние
его на жизнедеятельность, по-видимому, очень разнообразно и сказывается
главным образом на росте, образовании крови и функции половых желёз.
В избыточных против нормы количествах марганцовые соединения
действуют как яды, вызывая хроническое отравление. Последнее может быть
обусловлено вдыханием содержащей эти соединения пыли. Проявляется оно в
различных расстройствах нервной системы, причём развивается болезнь очень
медленно.
Марганец принадлежит к числу немногих элементов, способных
существовать в восьми различных состояниях окисления. Однако в
биологических системах реализуются только два из этих состояний: Mn (II) и
Mn (III). Во многих случаях Mn (II) имеет координационное число 6 и
октаэдрическое окружение, но он может также быть пяти- и
семикоординационным (например, в [Mn(OH)2ЭДТА]2-). Часто встречающаяся у
соединений Mn (II) бледно-розовая окраска связана с высокоспиновым
состоянием иона d5, обладающим особой устойчивостью как конфигурация с
наполовину заполненными d-орбиталями. В неводном окружении ион Mn (II)
способен также к тетраэдрической координации. Координационная химия Mn (II)
и Mg (II) обладает известным сходством: оба катиона предпочитают в качестве
лигандов сравнительно слабые доноры, как, например, карбоксильную и
фосфатную группы. Mn (II) может заменять Mg (II) в комплексах с ДНК, причем
процессы матричного синтеза продолжают протекать, хотя и дают иные
продукты.
Незакомплексованный ион Mn (III) неустойчив в водных растворах. Он
окисляет воду, так что при этом образуются Mn (II) и кислород. Зато многие
комплексы Mn (III) вполне устойчивы (например, [Mn(C2O4)3]3- - оксалатный
комплекс); обычно октаэдрическая координация в них несколько искажена
вследствие эффекта Яна - Теллера.
Известно, что фотосинтез в шпинате невозможен в отсутствие Mn (II);
вероятно, то же относится и к другим растениям. В организм человека
марганец попадает с растительной пищей; он необходим для активации ряда
ферментов, например дегидрогеназ изолимонной и яблочной кислот и
декарбоксилазы пировиноградной кислоты.
В биологических системах марганец встречается в двух состояниях: Mn2+
и Mn3+. Марганец входит в состав ферментов, катализирующих окислительно-
восстановительные процессы. Его соединения участвуют в синтезе важного для
организма витамина С (аскорбиновая кислота).
Пермарганат калия KMnO4 используется в медицине в виде 5%-ого раствора
для обработки обожжённых мест и как кровоостанавливающее средство. Более
слабые его растворы употребляются для полоскания рта и горла.
Дезинфицирующие свойства растворов пермарганата калия обусловлены его
высокими свойствами.
Сульфат марганца MnSO4 был применён для лечения атеросклероза. При
этом оказалось, что клинически у больных уменьшались явления атеросклероза
сосудов и количество холестерина в крови доходило до нормального.
ЖЕЛЕЗО.
В организме человека железо встречается в виде двух катионов: Fe2+ и
Fe3+. Оно в основном входит в состав гемоглобина, содержащегося в
эритроцитах (80% от количества). Таким образом, общее содержание железа
определяется главным образом объёмом крови. Кроме того, в организме
существует депонированное (запасное) железо в виде высокомолекулярного
железосодержащего белка (ферритина), находящегося в клетках печени и
селезёнки. Клеточный фонд железа представляет железо клеточных ферментов
дыхания, а в мышцах – железо гемоглобина.
Обмен железа между плазмой крови и лимфой происходит при помощи
транспортного белка (трансферрина). Одна молекула трансферрина связывает 2
атома железа. Основной путь обмена железа таков: железо плазмы( железо
эритроцитов(гемолиз( (железо плазмы.
Обычно среднее содержание железа в организме не превышает 5г. В случае
потерь крови потребность в железе превышает его поступление в организм с
пищей. При внутривенных инъекциях железо вводится в виде аскорбата, цитрата
или коллоидных комплексов с углеводами, т.е. в виде слабо ионизированных
соединений.
Из соли железа наибольшую эффективность применения в медицине нашёл
сульфат железа (II) (железный купорос) FeSO11(7H2O – кристаллы бледно-
зелёного цвета, желтеющие при длительном хранении на воздухе. Он
используется при лечении анемии (малокровии), зависящей от дефицита железа
в организме, а также при слабости и истощении организма. Для этой же цели
употребляются восстановленное железо Fe и карбонат железа FeCO3.
Из солей железа (III) наиболее широко применяются гидрид железа
FeCl3(6H2O. Это соединение бурого цвета, хорошо растворимо в воде.
КОБАЛЬТ.
Катион кобальта Co2+ входит в состав важных белковых молекул,
активирует действие ряда ферментов. Комплекс трёхвалентного кобальта Co3+
составляет основу одного из важнейших витаминов В12. Значительный
недостаток этого витамина в организме вызывает злокачественную анемию.
Полагают, что дефицит Со в тканях снижает способность организма защищаться
от различных инфекций.
Считается, что человеческий организм реагирует на недостаток в нём
кобальта в меньшей степени, чем на недостаток других элементов. Однако
окончательного ответа на этот вопрос ещё нет, так как нет ещё полных данных
о накоплении (депонировании) витамина В12 в тканях организма человека.
МЕДЬ.
Важное биологическое значение имеют катионы Си+ и Си2+. В таком виде
медь входит в важнейшие комплексные соединения с белками (медь-протеиды).
Медь-протеиды, подобно гемоглобину, участвуют в переносе кислорода. Число
атомов меди в них различное:2- в молекуле цереброкуперина, участвующего в
хранении запаса кислорода в мозгу, и 8- в молекуле церулоплазмина,
способствующего переносу кислорода в плазме. Медь активирует синтез
гемоглобина, участвует в процессах клеточного дыхания, в синтезе белка,
образовании костной ткани и пигмента кожных покровов. Ионы меди входят в
состав медьсодержащих ферментов.
Наиболее используемым в медицине соединением меди является сульфат
меди CuSO4(5H2O, называемый медным купорсом. Сульфат меди (II) обладает
вяжущим и прижигающим действаием. Применяется в виде глазных капель при
отравлении белым фосфором. Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду
лудят, т.е. покрывают слоем олова, чтобы предотвратить возможность
образования медных солей.
МОЛИБДЕН.
В соответствии с конфигурацией и строением незаполненных слоёв
молибден может реализовать восемь различных степеней окисления. В
биологических системах Мо обнаружен в виде Мо+6, Мо+8 и реже Мо+3, Мо+4.
Возможно, это разнообразие форм существования и явилось причиной того, что
это самый тяжёлый биометалл используется наряду с лёгкими элементами для
построения живых организмов.
Физиологическая и патологическая роль молибдена в настоящее время
только изучается.
Мо входит в состав ряда ферментов. На примере молибдена можно
проследить связь и взаимовлияние метабиологической активности
микроэлементов. Избыток молибдена приводит к уменьшению концентрации меди и
кобальта. Непосредственное взаимодействие между Мо и Сu может приводить к
образованию в желудочно-кишечнем тракте труднорастворимого соединения
CuMoO4.
НИКЕЛЬ.
Принадлежность никеля к числу биоэлементов организма признаётся не
всеми исследователями. Например, Д.Ульямс в своей книге “Десять металлов
жизни” не включает никель в число биометаллов. Одннако последние
исследования други
| |  скачать работу |
Металлы жизни |
