Значение комплексных соединений

Координационные соединения имеют исключительно большое значение в природе. Достаточно сказать, что почти все ферменты, многие гормоны, лекарства, биологически активные вещества представляют собой комплексные соединения. Например, гемоглобин крови, благодаря которому осуществляется перенос кислорода от легких к клеткам ткани, является комплексным соединением, содержащим железо (рис. 6), а хлорофилл, ответственный за фотосинтез в растениях, – комплексным соединением магния (рис. 7).

Рис. 6. Гем-группа в молекуле гемоглобина

Значительную часть природных минералов, в том числе полиметаллических руд и силикатов, также составляют координационные соединения. Более того, химические методы извлечения металлов из руд, в частности меди, вольфрама, серебра, алюминия, платины, железа, золота и других, также связаны с образованием легкорастворимых, легкоплавких или летучих комплексов. Например: Na₃[AlF₆] – криолит, KNa₃[AlSiO₄]₄ – нефелин (минералы, комплексные соединения, содержащие алюминий).

Рис. 7. Хлорофилл c1

Современная химическая отрасль промышленности широко использует координационные соединения как катализаторы при синтезе высокомолекулярных соединений, при химической переработке нефти, в производстве кислот.

Комплексные соединения активно образуются в биологических системах с участием лигандов –аминокислот, пептидов, белков, нуклеиновых кислот и других веществ; комплексы белков с катионами металлов играют роль металлоферментов, катализирующих большинство химических превращений. В качестве центрального иона металлофермента выступают катионы Mn²⁺,Cr²⁺,Fe³⁺, Zn²⁺ и др. К комплексным соединениям относятся витамины, гормоны, металлоферменты (инсулин - комплекс ионов цинка с белками: витамин В₁₂ - комплекс кобальта с порфирином: гемоглобин крови - комплекс порфирина с железом (II)). В легких, где парциальное давление кислорода велико, гемоглобин связывается с кислородом как с лигандом, а в тканях освобождает его. В случае патологии лигандом может быть другое вещество - угарный газ (СО). С ним образуется комплекс в 300 раз более прочный, чем с кислородом. Этим объясняется токсичность действия угарного газа.

Комплексные соединения используются:

1. Для выведения из организма камней, которые образуются в почках, мочевом пузыре, желчных протоках.

2. Для маскировки некоторых элементов в состав лекарственных препаратов.

3. Для очистки организма от ядов, например стронция-90, Сd²⁺ и др.

Биогенные элементы

Химические элементы в окружающей среде и в организме че­ловека.

Часть земной оболочки, занятой растительными и животными организмами и переработанная ими и космическими излучениями и приспособленная к жизни, на­зывают биосферой (по Вернадскому).

Л. П. Виноградов считал, что концентрация элементов в живом веществе прямо пропорциональна его содержанию в среде обитания с учетом растворимости их соединений. По мнению А. П. Виноградова химический состав организма определяется составом окружающей среды. Биосфера содержит 100 млрд тонн живого вещества.

Около 50% массы земной коры приходится на кислород, более 25% на кремний. Восемнадцать элементов (О, Si, Al, Fe, Ca. Na, К, Mg, H, Ti, С, Р, N, S, Cl, F, Мn, Ва) составляют 99,8% массы земной ко­ры. Живые организмы принимают активное участие в перераспределении химических элементов в земной коре.

Минералы, природные химические вещества, образуются в био­сфере в различных количествах, благодаря деятельности живых веществ (образование железных руд, горных пород, в основе которых соединения кальция). Кроме этого, оказывают влияние техногенные загрязнения окружающей среды. Изменения, происходящие в верх­них слоях земной коры, влияют на химический состав живых организмов.

В организме можно обнаружить почти все элементы, которые есть в земной коре и морской воде. Пути поступления элементов в организм разнообразны.

Согласно биогеохимической теории Вернадского существует «биогенная миграция атомов» по цепочке

воздух→почва→вода→пища→человек,

в результате которой практически все элементы, окружающие человека во внешней среде, в большей или меньшей степени проникают внутрь организма.

Содержание некоторых элементов в организме по сравнению с окружающей средой повышенное – это называют биологическим концентрированием элемента. Например, углерода в земной коре 0,35%, а по содержанию в живых организмах занимает второе место (21%). Однако эта закономерность наблюдается не всегда. Так, кремния в земной коре 27,6%, а в живых организмах его мало, алюминия – 7,45%, а в живых организмах -1·10^-5%.

В составе живого вещества найдено более 70 элементов.

Химические элементы, находящиеся в живом организме и обладающие выраженной биологической ролью называются биогенными элементами.

На биологическую роль химических элементов оказывают влияние следующие факторы:

• заряд ядра атома,

• радиус атома или иона,

• энергия гидратации иона,

• значения координационных чисел атомов,

• растворимость природных соединений данного элемента в воде.