Химия биогенных элементов

Харківський Національний Медичний Університет

Кафедра медичної та біоорганічної хімії

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсова робота

на тему:

«ХІМІЯ БІОГЕННИХ  ЕЛЕМЕНТІВ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Харків 2013

Зміст

 Вступ…………………………………………………………………….3

 Загальна характеристика літію…………………………………………4 – 5

Історія відкриття літію…………………………………………………..6

Знаходження літію у природі…………………………………………...7

Літій у організмі людини……………………………………………......8 – 9

Медичні препарати на основі літію, лікування літієм та дози………..9 – 15

Висновок………………………………………………………………….16

Використана література………………………………………………….17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

Літій Li -S - елемент 1s²2s¹

Атомний номер	3
Атомна маса	6.941
Група	1
Період	2
Приналежність до групи	Лужні метали

 

      Проведення досліджень щодо властивостей літію є дуже актуальною темою на наш час, бо існує багато медичних препаратів на основі літію , або його солей. З точки зору доказової медицини літій є ефективним засобом для лікування моно -та біполярних афективних розладів .Також встановлено, що дія літію опосередкована дуже складним і різноманітним впливом на різні внутрішньоклітинні процеси, у тому числі і на генну транскрипцію. Як показано в систематичному огляді з бібліотеки Кокрена, літій має деяку перевагу в порівнянні з антидепресантами для лікування монополярного розладу.

     В останні роки в США і Європі спостерігається більш широке застосування препаратів літію у дітей. Так, у значних епідеміологічних дослідженнях було показано, що частота призначення літію дітям з психічними розладами (переважно у віковій групі 10-14 років) за останнє десятиліття зросла в 2 рази. Відомо, що літій послаблює потяг до психоактивних речовин . Так в експериментальних і клінічних дослідженнях показано, що літій значно послаблює потяг підлітків до алкоголю. Активно вивчається вплив літію на формування і перебіг залежності до інших психоактивних речовин, що особливо поширені в підлітковому віці (лікарські речовини, вдихання парів взуттєвого клею і т.д.).Сучасні дослідження показують, що літій, можливо, зіграє не останню роль у лікуванні раку крові

     Медична дія та застосування препаратів на основі літію будуть розглянуті далі.

 

 

 

 

 

 

Загальна характеристика літію

Літій - сріблясто-білий метал, м'який і пластичний, твердіше натрію, але м'якше свинцю. З усіх лужних металів літій характеризується найвищими температурами плавлення і кипіння (180,54 і 1340 C, відповідно), у нього найнижча щільність при кімнатній температурі серед усіх металів (0,533 г / см , майже в два рази менше щільності води). Маленькі розміри атома літію призводять до появи особливих властивостей металу. Наприклад, він змішується з натрієм тільки при температурі нижче 380 C і не змішується з розплавленими калієм, рубідій і цезієм, в той час як інші пари лужних металів змішуються один з одним у будь-яких співвідношеннях.

З металів літій найлегший, його щільність 0,534 г / см 3. Температура плавлення 180,5 ° C, температура кипіння  1326 ° C  .Через невеликий радіус і  іонний заряд літій за своїми властивостями найбільше нагадує не інші лужні метали, а елемент групи IIA магній (Mg). Літій хімічно дуже активний.  Він здатний взаємодіяти з киснем (O) і азотом (N) повітря при звичайних умовах, тому на повітрі він швидко окислюється з утворенням темного нальоту продуктів взаємодії:

4Li + O 2 = 2Li 2 O,

6Li + N 2 = 2Li 3 N

 При контактах з  галогенами літій самозаймається  при звичайних умовах. Подібно  магнію (Mg), нагріте літій здатний горіти в CO 2:

4Li + CO 2 = C + 2Li 2 O

Стандартний електродний  потенціал Li / Li + має найбільше негативне значення (E ° 298 = -3,05 B) в порівнянні зі стандартними електродними потенціалами інших металів. Це обумовлено великою енергією гідратації маленького іона Li +, що значно зміщує рівновагу в бік іонізації металу:

 Li твердий <> Li + розчин + e -

 Для слабо сольватірующіх розчинників значення електродного потенціалу літію відповідає його меншою хімічної активності в ряду лужних металів. Сполуки літію - солі - як правило, безбарвні кристалічні речовини. За хімічним поведінки солі літію трохи нагадують аналогічні з'єднання магнію (Mg) або кальцію (Ca). Погано розчинні у воді фторид LiF, карбонат Li 2 CO 3, фосфат Li 2 PO 4, добре розчинний хлорат літію LiClO 3 - це, мабуть, одне з найбільш добре розчинних з'єднання в неорганічної хімії (при 18 ° C  в 100 г води розчиняється  313,5 г  LiClO 3). Оксид літію Li 2 O - біле тверда речовина - представляє собою типовий лужної оксид. Li 2 O активно реагує з водою з утворенням гідроксиду літію LiOH. Цей гідроксид отримують електролізом водних розчинів LiCl:

2LiCl + 2H 2 O = 2LiOH + Cl 2 + H 2

LiOH - відрізняється за властивостями від гідроксидів інших лужних металів. Гідроксид літію поступається їм в розчинності. При прожарюванні гідроксид літію втрачає воду:

2LiOH = Li 2 O + H 2 O

 

Історія відкриття  літію

Елемент, названий літієм (від грецького "Літос" - камінь) був відкритий в 1817 р. 

Коли проводив свої відомі досліди видатний англійський учений Хемфрі Деві по електролізу лужних земель, ще не було відомо про існування в природі літію. Літієва земля була відкрита лише в 1817 р. хіміком-аналітиком Арфведсоном, шведом за національністю. У 1800 р. бразильський мінералог де Андрада е Сільва, здійснюючи наукову подорож по Європі, знайшов у Швеції два нових мінерала, які були названі ним петалітом і сподуменом. Арфведсон зацікавився петалітом. Після проведення повного якісного та кількісного аналізу, він виявив втрату близько 4% речовини, це його збентежило і дало привід для пошуку відсутньої речовини. Він повторив свої аналізи більш ретельно і педантично і встановив, що в петаліте міститься "вогнепостійний луг досі невідомої природи". Берцеліус, учнем якого і був Арфведсон, запропонував назвати його літіоном (Lithion), оскільки цей луг на відміну від калію і натрію вперше був знайдений в "царстві мінералів" (каменів).Ця назва походить з грецької мови - Камінь. Арфведсон продовжував проводити дослідження і виявив літієву землю, або Літина, і в деяких інших мінералах. Але цей хімічний елемент йому виділити не вдалося,бо він був дуже активним і отримати його було важкою справою. Невеликі маси металевого літію були отримані Деві і Бранде шляхом електролізу лугу. У 1855 р. Бунзен і Маттессен розробили промисловий спосіб отримання металевого літію електролізом хлориду літію. У російській хімічній літературі початку XIX в. зустрічаються назви: літіон, Літин (Двигубський, 1826) і літій (Гесс); літієву землю (луг) називали іноді Літина.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Знаходження літію  у природі

• Геохімія літію

Літій по геохімічним властивостями  належить до великоіонних літофільних елементів, в числі яких знаходяться калій, рубідій і цезій. Вміст літію у верхній континентальної корі становить 21 г / т, в морській воді 0,17 мг / л Основні мінерали літію - слюда лепідоліт - KLi 1,5 Al 1,5 [Si 3 AlO 10] (F, OH) 2 і піроксен сподумен - LiAl [Si 2 O 6]. Коли літій не утворює самостійних мінералів, він ізоморфно заміщує калій в широко поширених породоутворюючих мінералах. 

• Родовища

Найвідоміші родовища літію знаходяться в Росії (понад 50% запасів країни зосереджено в Мурманській області), Болівії, Аргентині, Мексиці, Афганістані, Чилі, США, Канаді, Бразилії, Іспанії, Швеції, Китаї, Австралії, Зімбабве, Конго.

• Отримання

В даний час для отримання  металевого літію його природні мінерали або розкладають сірчаної кислотою (кислотний спосіб), або спікають з CaO або CaCO ₃ (лужний спосіб), або обробляють K₂SO₄ (сольовий спосіб), а потім витравлюють водою. У будь-якому випадку з отриманого розчину виділяють погано розчинний карбонат літію Li ₂ CO ₃, який потім переводять в хлорид LiCl. Електроліз розплаву хлориду літію проводять у суміші з KCl або BaCl 2 (ці солі слугують для пониження температури плавлення суміші).

2LiCl = 2Li + Cl ₂

Надалі отриманий літій  очищають методом вакуумної дистиляції.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Літій у організмі людини

За добу доросла людина вживає приблизно 100 мкг. цього мікроелемента. Іони літію (Li) досить швидко і майже повністю поглинаються з ШКТ, швидше за все з тонкого кишечника, або ж з області парентерального введення. Завдяки біологічним мембранам, іони літію проникають в організм.У кожному окремому органі міститься різна кількість літію: у мозку 4мкг/г, м'язах 5 мкг/г, цільної крові 6 мкг/г, печінки 7 мкг/г, легенів 60 мкг/г, лімфовузлах 200 мкг/г. В організмі літій також міститься в надниркових , кишечнику, в кістках.Основна кількість літію виводиться через нирки, з калом і потом літію виводиться дуже мало.

Літій сприяє звільненню магнію з так званих клітинних «депо», а також гальмує віддачу нервового імпульсу, що дозволяє знижувати збудливість нервової системи.

Основні функції  літію

• Сприяє зниженню збудливості нервової системи , що важливо при лікуванні різних психічних захворювань (вивільняючи магній з клітинних «депо» він гальмує передачу нервового імпульсу, зменшує кількість вільного норадреналіну, знижує вміст в мозку серотоніну, підвищує чутливість мозку до дії дофаміну).
• Впливає на нейроендокринні процеси, жировий і вуглеводний обмін (збільшує поглинання глюкози , синтез глікогену і рівень інсуліну в сироватці крові хворих на діабет).
• Надає анти-анафілактичну і антиалергічну дію.
• Підвищує імунітет.
• Поліпшує стан здоров'я при інфаркті , хвороби Альцгеймера і хвороби Гентінгтона.
• Літій нейтралізує дію на організм етанолу , радіації , солей важких металів.

Дослідження показали, що літій в організмі здатний активізувати роботу ще «живих» клітин кісткового мозку, що можливо зіграє не останню роль у лікуванні раку крові. Вчені продовжують проводити дослідження, а це значить, є надія, що подальші результати принесуть таким хворим неоціненну допомогу. Сполуки літію в медицині використовуються дуже обмежено. Для лікування маніакально-депресивних психозів застосовуються солі літію (Літон , літію- карбонат). Останнім часом говорять про те, що при лікуванні цукрового діабету, новоутворень та алкоголізму препарати літію були досить ефективні.

 

 

 

 

Симптоми дефіциту і передозування

Ряд досліджень доводить знижений вміст літію в організмі у  хворих алкоголізмом, а також при  станах імунодефіциту і деяких новоутвореннях.

Поріг токсичної дози для  людини визначений залежно від віку, ваги і статі на рівні: 90-200 мг. До основних симптомів передозування  літієм відносять:

• тремор кінцівок
• поліурія
• помірна спрага
• діарея
• блювота
• м'язова слабкість
• млявість і втрата координації
• атаксія
• збільшення маси тіла
• погіршення зору
• гіперкаліємія
• дефіцит натрію
• зниження артеріального тиску
• зниження лібідо
• аритмія
• токсичний дерматит
• втрати пам'яті
• запаморочення
• судоми
• кома
• поліурія
• порушення функції нирок
• пригнічення щитовидної залози

 

 

Медичні препарати  на основі літію, лікування літієм та дози

 

Препарати літію - психотропні лікарські засоби з групи нормотіміков. Це історично перші препарати даної групи, відкриті в 1949 році, проте вони зберігають найважливіше значення в лікуванні афективних розладів, насамперед маніакальних і гіпо-маніакальних фаз біполярного розладу, а також у профілактиці його загострень і для лікування важких і резистентних депресій. Препарати літію мають і інші області застосування.

Літій - лужний метал, тому в медицині він застосовується у вигляді солей, в основному у вигляді карбонату, а також цитрату, сукцинату, оротату, хлориду і сульфату літію. В Україні з солей літію використовують тільки карбонат, раніше застосовувалися оксибутират і нікотинат літію.

Бромід літію в медицині більше не використовується, тому що викликає хронічне отруєння - бромізм - вже при дозуванні 250 мг на день.

Механізм дії

Іони літію надають  різноманітне дію на нервову систему, зокрема виступаючи антагоністом іонів  натрію в нервових і м'язових клітинах. Таким чином вони послаблюють  проведення нервового імпульсу (цим також пояснюється одне з частих побічних дій препаратів літію : м'язова слабкість). Літій також впливає на метаболізм і транспорт моноамінів (норадреналіну , серотоніну) , підвищує чутливість деяких областей мозку до дофаміну. За деякими даними , основну роль у механізмі дії літію грає його здатність блокувати активність ферментів , що беруть участь у синтезі інозитола, що грає певну роль в регуляції чутливості нейронів.

В основі лікування препаратами  літію біполярних розладів лежить їх властивість що до селективно інгібувати кіназу 3 глікогенсинтетазу ( GSK -3) шляхом конкуренції з іонами магнію. Крім того, було встановлено, що при маніях відбувається нерегулярне посилення активності протеїнкінази C (англ. PkC), і недавнє дослідження показало, що літій, як і інший відомий з нормотіміков, вальпроат натрію, інгібує її активність, а з іншого боку, нові інгібітори PkC проявляють анти-маніакальні властивості.