11.2. Биологическая роль катионов четвертой аналитической группы. Применение соединений катионов четвертой аналитической группы в медицине
Алюминий. Содержание алюминия в организме человека невелико, поэтому он относится к микроэлементам. Участвует в построении эпителиальной, соединительной и костной тканей. Ионы Аl3+ активируют некоторые пищеварительные ферменты (пепсин, панкреатическую липазу).
В медицине применяются:
1. Алюмокалиевые квасцы (KAl(SO4)2 • 12H2O) - обладают вяжущим, прижигающим и кровоостанавливающим действием.
2. Гидроксид алюминия (Аl(OН)3) - обладает адсорбирующим и обволакивающим действием. Понижает кислотность желудочного сока. Входит в состав комбинированного препарата «Альмагель».
Цинк. Обнаружен во всех органах и тканях человека и высших животных. Наиболее богаты цинком печень, поджелудочная и половые железы, гипофиз и надпочечники.
Физиологическая функция цинка осуществляется благодаря связи его с ферментами. Высокое содержание цинка в эритроцитах объясняется тем, что большая часть его входит в состав угольной ангидразы (карбоангидразы), участвующей в газообмене и тканевом дыхании. Карбоангидраза катализирует реакции:
Н2О + СО2 ↔ Н2СО3 ↔ Н+ + НСО-3 ;
ОН- + СО2 ↔ НСО-3 .
Цинк активирует биосинтез витаминов С и В. Установлено стимулирующее влияние Zn2+ на фагоцитарную активность лейкоцитов.
Многие соединения цинка используются как вяжущие, антисептические средства для наружного применения:
ZnSO4 • 7Н2О - глазные капли; ZnO - присыпки, мази, пасты при кожных заболеваниях; Цинк-инсулин - препарат для лечения сахарного диабета.
Хром. Входит в состав растительных и животных организмов. Биологическая активность хрома объясняется главным образом способностью ионов Сr3+ образовывать комплексные соединения. Например, ионы Сr3+ участвуют в стабилизации структуры нуклеиновых кислот.
Недостаток Сr3+ в организму приводит к возникновению резистентности к инсулину. Одним из последствий этого является резкое повышение концентрации глюкозы в крови - гипергликемия. Риск недостаточности Сr3+ возрастает в старости, во время беременности и при недостаточном питании.
Соединения хрома со степенью окисления +6 (в живых организмах не образуются) являются сильными канцерогенами, способными легко проникать через биологические мембраны и вызывать повреждения клеточных структур.
Соединения хрома ядовиты и в медицине не применяются.
11.3. Частные реакции катионов четвертой аналитической группы
Реакции обнаружения катиона цинка Zn2+
1. Гидроксид аммония NH4OH образует с ионами цинка белый осадок Zn(OH)2, который растворяется в избытке реактива и в солях аммония с образованием комплексного иона:
Zn(OH)2 + 4NH4OH = [Zn(NH3)4](OH)2 + 4Н2О;
Zn(OH)2 + 4NH4OH = [Zn(NH3)4]2+ + 2OH- + 4H2O.
2. Сульфид натрия (или сульфид аммония) осаждает из водных растворов солей цинка белый осадок ZnS, нерастворимый в уксусной кислоте и растворимый в разведенной хлороводородной кислоте:
ZnCl2 + Na2S = ZnS↓ + 2NaCl;
Zn2+ + S2- = ZnS;
ZnS + 2HCl = ZnCl2 + H2S.
Реакция является фармакопейной.
3. Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) K4[Fe(CN)6] при взаимодействии с солями цинка образует белый осадок калий-цинк гексацианоферрата (II), нерастворимый в разбавленной хлороводородной кислоте:
3ZnCl2 + 2K4[Fe(CN)6] = Zn3K2[Fe(CN)6]2↓ + 6КСl;
3Zn2+ + 2K+ + 2[Fe(CN)6]4- = Zn3K2[Fe(CN)6]2.
Реакция является фармакопейной.
4. Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) K3[Fe(CN)6] с солями цинка образует коричневато-желтый осадок гексацианоферрата (III) цинка:
3ZnCl2 + 2K3[Fe(CN)6]=Zn3[Fe(CN)6]2↓+ 6KCl;
3Zn2+ + 2[Fe(CN)6]3- =Zn3[Fe(CN)6]2↓.
Реакции обнаружения катиона хрома
1. Пероксид водорода Н2O2 в присутствии щелочи окисляет ионы хрома Сr3+ сине-зеленого цвета в хромат-ионы СrО2-4 желтого цвета:
2СrСl3 + 3Н2О2 + 10NaOH = 2Na2CrO4 + 6NaCl + 8Н2О;
2Cr3+ + 3Н2О2 + 10 ОН- = 2 СгО4~ + 8Н2О.
При добавлении серной кислоты желтые хромат-ионы СrО2-4 переходят в оранжевые дихромат-ионы Сr2О2-7. Пероксид водорода в кислой среде превращает ионы Сr2О2-7 в пероксид хрома СrО5 (или надхромовую кислоту Н2СrO6), который имеет синий цвет. Если к реакционной смеси добавить диэтиловый эфир и встряхнуть, то эфирный верхний слой окрашивается в синий цвет вследствие перехода в него пероксида хрома. Реакция образования СгО5 очень чувствительна и специфична.
2. Сульфид аммония (NH4)2S (или натрия Na2S) осаждает из растворов солей Сr3+ гидроксид хрома Сr(ОН)3 серо-зеленого цвета:
2СrСl3 + 3(NH4)2S + 6Н2О = 2Cr(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6NH4Cl;
2Cr3++ 3S2- + 6Н2О = 2Cr(OH)3↓ + 3H2S↑.
Реакции обнаружения катиона алюминия Аl3+
1. Кристаллический хлорид аммония NH4Cl или насыщенный раствор этой соли, взятый в избытке, осаждает Аl(ОН)3 из щелочного раствора, содержащего гидроксокомплекс (гидроксокомплекс получается при прибавлении раствора щелочи к раствору соли Аl3+ до полного растворения выпадающего осадка):
АlСl3 + 6NaOH → Na3[Al(OH)6] + 3NaCl;
Na3[Al(OH)6] + 3NH4Cl = Al(OH)3↓ + 3NaCl + 3NH3↑ + 3H2O.
При этом Аl(OН)3 в присутствии NH4Cl не растворяется, так как К0s (Аl(ОН)3) - очень малая величина.
После добавления к раствору гидроксокомплекса хлорида аммония смесь нагревают на водяной бане до полного удаления аммиака.
2. Гидроксид аммония NH4OH осаждает из растворов солей алюминия гидроксид алюминия, который не растворим в избытке реактива.
3. Сульфид аммония (NH4)2S из водных растворов осаждает катион алюминия Аl3+ в виде гидроксида Аl(ОН)3 за счет гидролиза:
2АlСl3 + 3(NH4)2S + 6Н2О = 2Al(OH)3↓ + 6NH4Cl + 3H2S↑;
белый
2Аl3+ + 3S2- + 6Н2О = 2Аl(ОН)3↓+ 3H2S↑.
4. Ализарин (1,2 диоксиантрахинон) образует с гидроксидом алюминия внутрикомплексное соединение — ализаринат алюминия ярко-красного цвета (алюминиевый лак):
Ионы Сr3+ и Zn2+ мешают проведению этой реакции, так как тоже образуют окрашенные соединения. Реакцию с ализарином целесообразно проводить капельным методом в присутствии K4[Fe(CN)6]. Мешающие определению катионы связываются гексацианоферратом (II) калия. Образующиеся соединения малорастворимы и остаются в центре пятна, а ионы Аl3+ перемещаются к его периферии. При дальнейшей обработке фильтровальной бумаги парами аммиака и раствором ализарина на периферии пятна появляется розовое (ярко-красное) окрашивание ализарината алюминия на фоне фиолетовой окраски ализарина. Фиолетовая окраска фона исчезает при высушивании бумаги, а розовая окраска остается.