5.3.4. Биологическая роль р-элементов V группы и применение в медицине.

Азот по содержанию в организме человека (3,1 %) относится к макроэлементам. Этот элемент – составная часть аминокислот, белков, витаминов, гормонов. Азот образует полярные связи с атомами водорода и углерода в биомолекулах. Во многих бионеорганических комплексах – металлоферментах атома азота по донорно-акцепторному механизму связывают неорганическую и органическую части молекулы.

В медицинской практике используют ряд соединений азота:

10% водный раствор аммиака (нашатырный спирт) является средством скорой помощи при выводе человека из обморочного состояния.

Оксид азота (I) («веселящий газ») в смесис кислородом является средством для наркоза.

Нитрат серебра (ляпис) используется как вяжущее бактерицидное средство.

Многие лекарственные препараты являются азотсодержащими органическими соединениями, при синтезе которых используется азотная кислота.

В медицинской практике при алкалозе в качестве мочегонного средства применяют хлорид аммония NH₄C1. В результате гидролиза этой соли по катиону повышается кислотность крови:

NH⁺₄ + H₂O ↔ NH₃∙H₂O + H⁺

Повышение кислотности крови, с одной стороны, уменьшает алкалоз, а с другой - мобилизует почки на выделение в мочу ионов натрия, с которыми одновременно выделяется соответствующее количество воды. Выведение аммиака из организма осуществля­ется через почки в основном в виде мочевины.

Нитрит натрия является сосудорасширяющим средством. Однако, в настоящее время он практически не используется, так как может вызывать осложнения из-за метгемоглобиновой гипоксии в организме. За счет сильных окислительных свойств нитриты окисляют ка­тион Fe²⁺ гемоглобина в катион Fe³⁺ метгемоглобина, а выделяющийся при этом оксид азота (II) образует устойчивый комплекс с гемоглобином - нитрозогемоглобин:

HHb(Fe²⁺) + NO^-₂ + 2H⁺ = метHHb(Fe³⁺) + NO + H₂O

NO + HHb = HHbNO

Таким образом, нитриты, попадая в кровь, вызывают метгемоглобинию, острое кислородное голодание тканей из-за уменьшения содержания гемоглобина в крови, а также увеличивают свободнорадикальное окисление в организме.

В желудке нитриты образуют азотистую кислоту, которая при взаимодействии со вторичными аминами образует нитрозоамины - сильные канцерогены:

R₂N—H + HO—N═O → R₂N—N═O + H₂O

Следовательно, нитриты являются высокотоксичными вещест­вами, поэтому запрещены добавки нитритов (в качестве консер­вантов) в мясопродукты.

Соединения мышьяка очень токсичны. Механизм токсического действия объясняют способностью мышьяка блокировать сульфгидрильные группы —SH ферментов и других биологически активных соединений.

Кроме того, мышьяк может замещать иод, селен и фосфор. Нарушая биохимические процессы метаболизма в организме, As является антиметаболитом этих элементов.

Смертельная доза для человека составляет приблизительно 0,1—0,3 г мышьяка.

Однако соединения мышьяка не только убивают, но и помога­ют в борьбе за жизнь. Так, при остром отравлении As₂O₃ смерть наступает примерно через 70 ч. В то же время это вещество применяют наружно (препарат белый мышьяк) при кожных заболеваниях. В стоматологической практике As₂O₃ используют для омертвления (некротизации) мягких тканей зуба. Кроме того, этот препарат назначают в микродозах (0,001 г на прием) при малокровии, истощении, нервозности.

В медицинской практике используют и раствор калия арсенита К₃АsО₃ (Фаулеров раствор мышьяка). Препарат применяют при тех же заболеваниях, что и As₂O₃.

Вi₂О₃ (50—55%) входит в состав препа­рата ксероформ. Применяют наружно как вяжущее средство, подсушивающее и антисептическое средство.

Препарат висмута нитрат основной состоит из смеси продуктов гидролиза Bi(NO₃)₃: Bi(OH)₂NO₃, BiONO₃ и дегидратированного висмута гидроксида BiOOH. Препарат применяют в качестве вяжущего и отчасти антисептического средства при желудочно-кишечных заболеваниях.

В медицинской практике используют NaH₂AsO₄х7H₂O в виде 1 %-ного раствора при нервных расстройствах, легких формах малокровия. Механизм действия препарата также, очевидно, связан с блокированием сульфгидрильных групп белков, ферментов.

Вопросы для самоконтроля:

1. В виде каких веществ азот в основном существует на Земле? Почему так много газообразного азота?

2. Какие степени окисления может принимать азот в своих кислородных соединениях? Перечислите оксиды азота и способы их получения.

3. Напишите реакции взаимодействия меди с концентрированной и разбавленной азотной кислотой. При уравнивании воспользуйтесь методом электронно-ионного баланса.

4. Сравните по восстановительной способности водородные соединения VА группы. На основании этого объясните, какое из веществ наиболее токсично.

5. В чем химическая сущность так называемой «пробы Марша» для открытия мышьяка?

6. Опишите вредные и полезные воздействия оксида мышьяка (III) на организм. Поясните механизм этих процессов.

7. Объясните токсичность аммиака. Приведите примеры образования соответствующего соединения с «металлом жизни».

8. Химизм отравления оксидом азота.

9. Ранее в качестве консервантов в пищевой промышленности использовали соли азотистой кислоты. Почему их запретили? Ответ обоснуйте и проиллюстрируйте уравнениями реакций.

10. В России санитарные нормы регламентируют содержание нитратов в питьевой воде не более 10 мг/л. Можно ли употреблять воду для питья, если концентрация нитрата кальция в ней 0,005 моль/л.

5.4. р - элементы VI группы

Элементы кислород, сера, селен, теллур и полоний, входящие в VI А-группу называются халькогенами. Электронная конфигурация валентной оболочки атомов халькогенов однотипная: ns² np⁴. Атом кислорода отличается от атомов других элементов подгруппы отсутствием на внешнем энергетическом уровне d-подуровня. Поэтому кислород, как правило, образует только две связи с атомами других элементов. Однако в некоторых случаях наличие неподеленных пар электронов на внешнем энергетическом уровне позволяет атому кислорода образовывать дополнительные связи по донорно-акцепторному механизму.

У серы и у остальных элементов подгруппы при поступлении энергии извне число неспаренных электронов в атоме может увеличиваться в результате перехода s- и р- электронов на d-подуровень. Поэтому халькогены способны образовывать не только 2, но также и 4 и 6 связей с атомами других элементов.

Все элементы данной подгруппы, кроме полония, неметаллы. В своих соединениях они проявляют как отрицательную, так и положительную степень окисления. В соединениях с металлами и с водородом их степень окисления, как правило, равна –2. В соединениях же с кислородом и неметаллами она может иметь значение +2, +4 или +6. Исключение составляет кислород. По величине электроотрицательности он уступает только фтору. Поэтому только в соединении OF₂ его степень окисления положительная (+2). С остальными элементами кислород проявляет степень окисления –2. В пероксиде водорода и его производных она равна –1, но его валентность по-прежнему остается равной 2. В живых организмах кислород, сера и селен входят в состав биомолекул в степени окисления –2. В нулевой степени окисления элемент кислород может находиться в двух аллотропных модификациях – в виде кислорода О₂ и озона О₃.

С увеличением порядкового номера элементов VIA группы окислительная активность нейтральных атомов понижается и увеличивается восстановительная активность отрицательных ионов. Все это приводит к ослаблению неметаллических свойств халькогенов при переходе от кислорода к теллуру.

Халькогены образуют водородные соединения типа Н₂Э. В ряду водородных соединений элементов данной группы H₂S-H₂Se-H₂Te восстановительные свойства усиливаются. Самый сильный восстановитель – Н₂Те.

В водных растворах Н₂Э проявляют слабокислотные свойства. В ряду Н₂О- H₂S-H₂Se-H₂Te сила кислот возрастает.

Сера, селен и теллур образуют два ряда кислотных оксидов: ЭО₂ и ЭО₃.

Им соответствуют кислотные гидроксиды состава Н₂ЭО₃ и Н₂ЭО₄. Кислоты Н₂ЭО₃ в свободном состоянии неустойчивы. Сами кислоты и их соли проявляют окислительно-восстановительную двойственность. Кислоты состава Н₂ЭО₄ более устойчивы и в реакциях ведут себя как окислители.