Скачать презентацию Хелаты Комплексоны Краун-эфиры Значение комплексных соединений в биологии Скачать презентацию Хелаты Комплексоны Краун-эфиры Значение комплексных соединений в биологии

11 лекция Адсорбция.ppt

  • Количество слайдов: 48

Хелаты. Комплексоны. Краун-эфиры. Значение комплексных соединений в биологии и медицине. • Уникальная роль комплексных Хелаты. Комплексоны. Краун-эфиры. Значение комплексных соединений в биологии и медицине. • Уникальная роль комплексных соединений в процессах жизнедеятельности объясняется тем, что многие вещества организма (аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, витамины, гормоны), являются активными лигандами. • Они связывают катионы металлов в различные биологически важные комплексные соединения.

 • Гемоглобин крови (HHb), выполняющий функцию переносчика кислорода, содержит гем. • Гем-хелатный комплекс • Гемоглобин крови (HHb), выполняющий функцию переносчика кислорода, содержит гем. • Гем-хелатный комплекс порфирина с ионами Fe 2+ (к. ч. =6), в котором осуществляется 4 связи. • Пятую связь Fe 2+ образует с белком-глобином.

Хелаты. Комплексоны. Краун-эфиры. Значение комплексных соединений в биологии и медицине. • В легких, где Хелаты. Комплексоны. Краун-эфиры. Значение комплексных соединений в биологии и медицине. • В легких, где парциальное давление O 2 высоко, он присоединяется к Fe(II) на шестую координационную связь, а в тканях, из-за снижения парциального давления, кислород освобождается. HHb + O 2 ↔ HHb. O 2 гемоглобин оксигемоглобин

 • В условиях патологии лигандами могут быть другие вещества - например угарный газ • В условиях патологии лигандами могут быть другие вещества - например угарный газ (CO). • Он образует с гемоглобином хелатный комплекс в 300 раз более устойчивый, чем с кислородом. Этим объясняется токсическое действие угарного газа на организм.

Хелаты. Комплексоны. Краун-эфиры. Значение комплексных соединений в биологии и медицине. • Комплексным соединением является Хелаты. Комплексоны. Краун-эфиры. Значение комплексных соединений в биологии и медицине. • Комплексным соединением является витамин В 12 - это хелат Co 3+ c порфирином, гормон инсулин - хелат Zn 2+ c белком. • Комплексные соединения применяются для растворения камней, образующихся в почках, печени и желчном пузыре. • Комплексоны используются для маскировки (связывания и обезвреживания) ионов металлов, присутствующих в лекарственных препаратах в виде загрязнений, а так же для вывода из организма токсических ионов.

 • Гликозидные комплексы с ионами Ca 2+ и Mg 2+ играют важную роль • Гликозидные комплексы с ионами Ca 2+ и Mg 2+ играют важную роль в механизме действия сердечных препаратов. Таким образом, комплексные соединения играют важную роль в биологических процессах и широко используются в медицинской практике

ОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ КАФЕДРА ОБЩЕЙ И БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ОБЩАЯ ХИМИЯ Лекция 11. Поверхностные ОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ КАФЕДРА ОБЩЕЙ И БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ОБЩАЯ ХИМИЯ Лекция 11. Поверхностные явления. Основные понятия. 2. Адсорбция на жидких адсорбентах. Поверхностноактивные вещества. 3. Адсорбция на твердых адсорбентах. 4. Электролитная адсорбция. Ионообменная адсорбция. Лектор: Степанова Ирина Петровна профессор, зав. кафедрой общей и биоорганической химии

Поверхностные явления. Основные понятия Биологические системы, как правило, являются гетерогенными. На границе раздела фаз Поверхностные явления. Основные понятия Биологические системы, как правило, являются гетерогенными. На границе раздела фаз протекают процессы, обусловленные особенностями состава и строения поверхностей. • Такие процессы называют поверхностными явлениями.

 • Всякая поверхность характеризуется запасом поверхностной энергии (GS или F). • В эту • Всякая поверхность характеризуется запасом поверхностной энергии (GS или F). • В эту энергию превращается работа, затрачиваемая на образование поверхности раздела. • Ее создают некомпенсированные силовые поля частиц поверхностного слоя, которые направлены в окружающую среду.

Поверхностные явления. Основные понятия • Поверхностная энергия Гиббса системы (GS) зависит от величины поверхностного Поверхностные явления. Основные понятия • Поверхностная энергия Гиббса системы (GS) зависит от величины поверхностного натяжения (σ) и площади поверхности (S). • Эта зависимость выражается уравнением: GS = σ· S, где GS - [Дж], σ - [Дж ·м-2], S - [м 2].

 •

 • Поверхностное натяжение - σ - есть величина, измеряемая энергией Гиббса, приходящейся на • Поверхностное натяжение - σ - есть величина, измеряемая энергией Гиббса, приходящейся на единицу площади поверхностного слоя. • Оно численно равно работе, которую необходимо совершить для образования единицы поверхности раздела фаз при постоянной температуре.

Поверхностные явления. Основные понятия • Поверхностная энергия подчиняется основным законам ТД: • Согласно первому Поверхностные явления. Основные понятия • Поверхностная энергия подчиняется основным законам ТД: • Согласно первому закону ТД, поверхностная энергия может переходить в химическую, электрическую и свободную энергию Гиббса. • Согласно второму закону ТД, поверхностная энергия может быть причиной самопроизвольных процессов, определяемых уменьшением энергии Гиббса.

 • Уменьшение свободной поверхностной энергии гетерогенной системы может происходить за счет сорбции (от • Уменьшение свободной поверхностной энергии гетерогенной системы может происходить за счет сорбции (от лат. – поглощает) различных веществ из окружающей среды. • Сорбция – поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми телами и жидкостями.

Поверхностные явления. Основные понятия • Поглотитель называют сорбентом. • Поглощаемое вещество –сорбатом (сорбтивом). • Поверхностные явления. Основные понятия • Поглотитель называют сорбентом. • Поглощаемое вещество –сорбатом (сорбтивом). • В зависимости от характера взаимодействия частиц сорбента и сорбата сорбция бывает физическая (за счет сил Ван-дер-Ваальса) и химическая (когда происходит химическое взаимодействие сорбата и сорбента). • Химическую сорбцию называют хемосорбцией.

Поверхностные явления. Основные понятия • В зависимости от того, насколько глубоко проникают частицы сорбата Поверхностные явления. Основные понятия • В зависимости от того, насколько глубоко проникают частицы сорбата в сорбент сорбция подразделяется на абсорбцию и адсорбцию. • Абсорбция – явление проникновения молекул одного вещества в объем другого вещества. • Адсорбция – явление накопления одного вещества на поверхности другого.

 • Вещество на поверхности которого происходит адсорбция называют адсорбентом. • Адсорбция характеризуется обратимостью • Вещество на поверхности которого происходит адсорбция называют адсорбентом. • Адсорбция характеризуется обратимостью и высокой скоростью. • Процесс обратный адсорбции называется десорбцией. • Адсорбция на жидких адсорбентах встречается в системах: ж – г; ж – ж; ж – т.

Адсорбция на жидких адсорбентах • Адсорбция на жидких адсорбентах •

Адсорбция на жидких адсорбентах V – объем жидкой фазы [ дм 3]; S – Адсорбция на жидких адсорбентах V – объем жидкой фазы [ дм 3]; S – площадь поверхности адсорбента [м 2]. • С увеличением концентрации адсорбируемого вещества величина адсорбции возрастает и достигает максимального значения при полном насыщении поверхности.

Адсорбция на жидких адсорбентах • Адсорбция на жидких адсорбентах •

 •

Адсорбция на жидких адсорбентах По знаку величины Δσ/ΔС вещества разделяют на поверхностно-активные и поверхностно-инактивные. Адсорбция на жидких адсорбентах По знаку величины Δσ/ΔС вещества разделяют на поверхностно-активные и поверхностно-инактивные. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) обладают низким поверхностным натяжением (Δ σ /Δ С < 0). Поэтому из уравнения Гиббса следует, что а (ПАВ) > 0. ПАВ вызывают положительную адсорбцию, так как они не растворяются в жидком адсорбенте, а концентрируются в поверхностном слое.

Адсорбция на жидких адсорбентах Отличительной особенностью молекулярного строения ПАВ является дифильность. Молекула ПАВ состоит Адсорбция на жидких адсорбентах Отличительной особенностью молекулярного строения ПАВ является дифильность. Молекула ПАВ состоит из 2 -х частей: - полярной группы (гидрофильная часть) –ОН, -СООН, -NН 2, -SH; - углеводородного или ароматического радикала (гидрофобная часть). О――

Адсорбция на жидких адсорбентах • Поверхностная активность молекул ПАВ зависит от длины углеводородного радикала Адсорбция на жидких адсорбентах • Поверхностная активность молекул ПАВ зависит от длины углеводородного радикала (правило Дюкло. Траубе): • Поверхностная активность ПАВ с увеличением углеводородного радикала на группу ( -СН 2 - ) повышается в 2 – 3, 5 раза.

 • В адсорбционном слое молекулы ПАВ располагаются упорядоченно в соответствии с правилом Ребиндера: • В адсорбционном слое молекулы ПАВ располагаются упорядоченно в соответствии с правилом Ребиндера: • На границе раздела полярные группы молекул ПАВ ориентируются в сторону более полярной фазы, а углеводородный радикал – в сторону менее полярной фазы.

Адсорбция на жидких адсорбентах • Это свойство молекул ПАВ широко распространено в природе, по Адсорбция на жидких адсорбентах • Это свойство молекул ПАВ широко распространено в природе, по этому принципу устроены клеточные мембраны. • Согласно современным представлениям, в мембранах имеются два слоя молекул фосфолипидов, которые гидрофильными концами направлены наружу, а гидрофобными – к центру мембраны.

 • Между алифатическими частями липидов и неполярными частями компонентов мембраны наблюдаются слабые гидрофобные • Между алифатическими частями липидов и неполярными частями компонентов мембраны наблюдаются слабые гидрофобные взаимодействия; суммируясь, они обеспечивают прочность липидных слоев и стабильность клеточных мембран. • На полярных группах молекул фосфолипидов адсорбированы слои белков и полисахаридов.

Адсорбция на жидких адсорбентах Белковая часть мембраны связана с фосфолипидными слоями как гидрофобными, так Адсорбция на жидких адсорбентах Белковая часть мембраны связана с фосфолипидными слоями как гидрофобными, так и полярными связями, в которых принимают участие различные ионы и молекулы воды. Большинство веществ, входящих в состав живых организмов, являются поверхностно-поверхностными веществами.

 • Например, на процессы усвоения жиров в организме влияют соли желчных кислот, которые, • Например, на процессы усвоения жиров в организме влияют соли желчных кислот, которые, обладая очень низким поверхностным натяжением, являются прекрасными эмульгаторами жиров (жиры в виде эмульсий лучше усваиваются).

Адсорбция на жидких адсорбентах • ПАВ широко используются в фармации в качестве основы для Адсорбция на жидких адсорбентах • ПАВ широко используются в фармации в качестве основы для приготовления мазей, свечей, эмульсий, а также солюбилизаторов. • Солюбилизация – растворение органических веществ в углеводородной части ПАВ. • Это позволяет перевести в водный раствор жирорастворимые вещества.

Адсорбция на жидких адсорбентах Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ) обладают высоким поверхностным натяжением (Δ σ /Δ Адсорбция на жидких адсорбентах Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ) обладают высоким поверхностным натяжением (Δ σ /Δ С > 0). Следовательно, а(ПИВ) < 0. • ПИВ вызывают отрицательную адсорбцию. • Эти вещества распространяются по всему объему сорбента, а не на его поверхности. • К ПИВ относятся все неорганические электролиты (кислоты, щелочи, соли) и некоторые органические вещества (муравьиная кислота, сахар и т. д. )

 • Адсорбция на твердых адсорбентах • Адсорбция на твердых адсорбентах

Адсорбция на твердых адсорбентах • Твердые сорбенты делят на гидрофильные (глины, силикагели) и гидрофобные Адсорбция на твердых адсорбентах • Твердые сорбенты делят на гидрофильные (глины, силикагели) и гидрофобные (угли, графит, тальк, парафин). • По принципу подобия на неполярных адсорбентах лучше адсорбируются неполярные вещества, на полярных – полярные.

 • Наибольшей сорбционной емкостью обладают сорбенты с большой поверхностью. • Сорбенты с размерами • Наибольшей сорбционной емкостью обладают сорбенты с большой поверхностью. • Сорбенты с размерами пор от 2 до 200 нм (например, углеродные) используют для гемосорбции

Электролитная адсорбция • Электролитная адсорбция – это избирательная адсорбция ионов (катионов или анионов) из Электролитная адсорбция • Электролитная адсорбция – это избирательная адсорбция ионов (катионов или анионов) из раствора электролита на полярном адсорбенте. • Она подчиняется нескольким правилам, отражающим ее избирательный характер.

I. Правило Паннета-Фаянса: На полярном адсорбенте из раствора электролита в первую очередь адсорбируются ионы, I. Правило Паннета-Фаянса: На полярном адсорбенте из раствора электролита в первую очередь адсорбируются ионы, входящие в состав кристаллической решетки адсорбента. Например, адсорбент – тв. Ag. Cl, адсорбаты- ионы в растворе Cl-, NO 3 -, SO 42 -.

Электролитная адсорбция II. Правило изоморфизма: На полярном адсорбенте из раствора электролита преимущественно адсорбируются ионы, Электролитная адсорбция II. Правило изоморфизма: На полярном адсорбенте из раствора электролита преимущественно адсорбируются ионы, близкие по строению и размерам к одному из ионов кристаллической решетки адсорбента. Например, адсорбент – Ag. Cl, адсорбаты –ионы раствора Br-, NO 3 -, SO 42 -.

III. Если ионы-адсорбаты имеют одинаковые по знаку и разные по величине степени окисления, то III. Если ионы-адсорбаты имеют одинаковые по знаку и разные по величине степени окисления, то в первую очередь адсорбируются ионы с большей степенью окисления: Fe 3+ > Ca 2+ > K+.

Электролитная адсорбция IV. Если ионы-адсорбаты имеют одинаковые по величине и знаку степени окисления, то Электролитная адсорбция IV. Если ионы-адсорбаты имеют одинаковые по величине и знаку степени окисления, то в первую очередь адсорбируются менее гидратированные ионы (с большим ионным радиусом). Например, для катионов: Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+ для анионов: SCN- > I- > Br- > Cl-

Ионообменная адсорбция • Различают необратимую и обратимую электролитную адсорбцию. • При необратимой адсорбции адсорбат Ионообменная адсорбция • Различают необратимую и обратимую электролитную адсорбцию. • При необратимой адсорбции адсорбат и адсорбент образуют нерастворимое химическое соединение. • При обратимой адсорбции ионы на поверхности адсорбента закреплены слабо и способны обмениваться с ионами из раствора. • Такую электролитную адсорбцию называют ионообменной.

Ионообменная адсорбция • Адсорбенты, участвующие в ионообменной адсорбции, называют ионитами. Различают: - Природные иониты Ионообменная адсорбция • Адсорбенты, участвующие в ионообменной адсорбции, называют ионитами. Различают: - Природные иониты (глины, апатиты); - Синтетические (ионообменные смолы, сульфированный уголь).

Ионообменная адсорбция • Основой любого ионита является матрица (R), не участвующая в ионообменной адсорбции. Ионообменная адсорбция • Основой любого ионита является матрица (R), не участвующая в ионообменной адсорбции. • На ней закреплены либо ионы (H+, Na+, Cl- и др. ), либо ионогенные группы (-SH, NH 2, -COOH и др. ). Эти группы участвуют в ионообменной адсорбции. • В общем виде формулы ионитов записываются: R – H; R – OH; R – COOH.

Ионообменная адсорбция • В зависимости от природы обменивающихся ионов, различают: - катиониты; - аниониты; Ионообменная адсорбция • В зависимости от природы обменивающихся ионов, различают: - катиониты; - аниониты; - амфолиты. • Катиониты обмениваются только катионами, например: 2 R – Na + Ca 2+ → R 2 Ca + 2 Na+, • Аниониты – только анионами, например: 2 R – OH + SO 4 2 - → R 2 SO 4 + 2 OH-. • Амфолиты обмениваются и катионами и анионами.

Ионообменная адсорбция • Ионообменная адсорбция подчиняется: - закону эквивалентов, - всем 4 правилам электролитной Ионообменная адсорбция • Ионообменная адсорбция подчиняется: - закону эквивалентов, - всем 4 правилам электролитной адсорбции, - принципу Ле Шателье-Брауна, что позволяет восстанавливать иониты.

 • Способность ионитов к обмену характеризуется ионообменной емкостью (E), которая показывает, сколько миллимоль-эквивалентов • Способность ионитов к обмену характеризуется ионообменной емкостью (E), которая показывает, сколько миллимоль-эквивалентов ионов, заключенных в 1 грамме сухого или набухшего ионита, способны вступать в реакцию обмена с ионами в растворе.

Ионообменная адсорбция • Ионообменная адсорбция •

Ионообменная адсорбция • Ионообменные смолы применяют для декальцинирования крови с целью ее консервации. • Ионообменная адсорбция • Ионообменные смолы применяют для декальцинирования крови с целью ее консервации. • Жидкие ионообменные смолы на основе поливинилового спирта – эффективные пролонгаторы лекарственных соединений (пролонгация – сохранение в течение длительного времени концентрации лекарственных веществ в жидких средах организма).

 • Иониты широко применяют в фармации для получения и очистки лекарственных и биологически • Иониты широко применяют в фармации для получения и очистки лекарственных и биологически активных (витаминов, ферментов, гормонов) веществ. • В санитарно-гигиенической практике иониты используются для очистки воды, выделения и очистки радиоактивных изотопов, являются составной частью безотходных экологически чистых методов производства.