Презентація на тему:
Біологічні системи

Комплексоутворення в біологічних системах.

Комплексні сполуки Будова CuSO4 + 4 NH3 = [Cu (NH3)4] SO4 [Cu (NH3)4] SO4 комплексна сполука Cu2+ - комплексоутворювач (центральний атом) NH3 – ліганд (адденд) [Cu (NH3)4]2+ - комплексний іон (внутрішня координаційна сфера) SO42- - аніон (зовнішня координаційна сфера)

Комплексоутворювачі: Іони металів:Ag+, Cu2+, Cu+, Co3+, Al3+, Ni2+, Pb2+, Pt4+, Cr3+, Au3+, Fe2+, Fe3+ ... Атоми неметалів з позитивним ступенем окиснення: S+4, S+6, P+3 Ліганди: монодентантні (утворюють один хімічний зв’язок з центральним атомом) одноатомні іони: S2-, F-, Cl-, I-, Br-; складні іони: OH-, SO32-, CN-, NO2-, S2O32-, SO42-, NO3-; нейтральні молекули: H2O, NH3, NH2OH, CH3NH2, C6H6, C5H5N. б) бідентантні (утворюють два хімічних зв’язки з центральним атомом) складні іони: C2O42-, СO32-, SO42-(цей іон проявляє одночасно властивості моно- та бідентантного іону) нейтральні молекули: NH2-NH2, NH2-CH2-CH2-NH2

Координаційна теорія Вернера

1. ОДНОЯДЕРНІ (містять один центральний атом) Аміакати [Cu(NH3)4]SO4 Аквакомплекси [Al(H2O)6]Cl3 Ацидокомплекси K2[PtCl4] Змішанолігандні K[Pt(NH3)Cl3] Циклічні (хелатні) ПОЛІЯДЕРНІ Місткові [Cr(NH3)5 – OH – (NH3)Cr]Cl3 Кластери (CO)5Mn – Mn(Co)5 Основні типи комплексних сполук

Називають електронегативні ліганди з закінченням на „о”: Cl- Називають катіон зовнішньої сфери. – хлоро, CN- – ціано, NО3- – нітро і т.д. позначаючи їх грецькими числівниками: 2 – ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пента, 6 – гекса, 7 – гепта, 8 – окта. 3. Якщо в сполуці присутні ліганди – нейтральні молекули, позначають і їх (NH3 – амін, H2O – акво). 4. Центральному атому дають латинську назву елемента з закінченням „ат” (якщо елемент має змінну ступінь окислення, її вказують в дужках римськими цифрами перед назвою елемента). К4[Fe(CN)6] – калій гексаціаноферат(ІІ) K3[Fe(CN)6] – калій гексаціаноферат (ІІІ) Na2[Zn(OH)4] – натрій тетрааквоцинкат Номенклатура комплексних сполук: Сполуки, що містять комплексний аніон

Називають аніон, що утворює зовнішню координаційну сферу (сульфат, нітрат). Дають назву комплексному катіону: називають електронегативні ліганди із закінченням на „о” називають молекулярні ліганди із закінченням на „о” (якщо вони є) Вказують кількість лігандів грецькими числівниками. Називають центральний атом відповідно до української назви еле- мента в родовому відмінку. [Ag(NH3)2]Cl – діамінсрібла (І) хлорид [Cr(H2O)6]Cl – гексааквохрому (ІІІ) хлорид Сполуки, що містять комплексний катіон

Поведінка комплексних сполук у розчинах Розрізняють первинну та вторинну дисоціацію сполук. У розчині кожна молекула комплексної сполуки розпадається на комплексний іон та іони зовнішньої сфери. Оскільки іони зв'язані з катіонами та аніонами зовнішньої сфери за допомогою іонного зв’язку, первинна дисоціація комплексних сполук перебігає за типом сильних електролітів. Процес дисоціації необоротній. Тому йони зовнішьої сфери повністю взаємодіють з реактивами, які утворюють з ними важкорозчинні сполуки:

Поведінка комплексних сполук у розчинах Комплексні іони, у свою чергу , підлягають вторинній дисоціації, внаслідок якої відщеплюють ліганди. Така дисоціація протікає за типом слабких електролітів. Цей етап дисоціації є ступінчастим і оборотнім: Сумарний процес виражають за рівнянням реакції:

Хімічний зв’язок у комплексних сполуках У наш час для пояснення утворення, будови та властивостей комплексних сполук використовують три теорії: метод валентних зв'язків (ВЗ), теорію кристалічного поля (ТКП), метод молеку- лярних орбіталей (МО). Відповідно до методу ВЗ ліганди та комплексоутворювач з'єднані у комплексних сполуках двоелектронним ковалентним зв'язком, який здійснюється за донорно-акцепторним механізмом. Донором електронних пар є ліганди, а акцептором — комплексоутворювач, який має вільні атомні орбіталі. Ковалентний зв'язок виникає внаслідок перекривання заселених електронною парою атомних орбіталей ліганда та вакантних атомних орбіталей центрального атома. Зв'язок здійснюється гібридизованими атомними орбіталями комплексоутворювача. Явище гібридизації пояснює, чому різні за формою та енергією атомні орбіталі комплексоутворювача утворюють ковалентні зв'язки однакової енергії та довжини. Гібридизовані орбіталі мають електронну хмару витягнутої форми, яка при взаємодії з орбіталями лігандів сприяє утворенню більшої площі їх перекривання, внаслідок чого зміцнюється зв'язок у комплексних сполуках. Тип гібридизації атомних орбіталей визначає електронна конфігурація комплексоутворювача, його координаційне число, природа і електронна будова лігандів. Гібридизація атомних орбіталей комплесоутворювача, в свою чергу, визначає геометрію комплексу.

Геометрична будова комплексних іонів

Порфориновий “гамбургер”

Поширений у природі координований вплив мікроелементів Велика частина металів у організмі знаходиться у вигляді хелатів (клішневидних комплексів) з біологічно активними речовинами

nA + mB → AnMm AnMm nA + mB DP = [A]n [B]m DP – добуток розчинності (const, таблична величина) [A]n [B]m – добуток рівноважних концентрацій (вираховується) РОЗЧИН НЕНАСИЧЕНИЙ DP > [A]n [B]m Осаду немає НАСИЧЕНИЙ DP = [A]n [B]m Осад є, але візуально його не видно ПЕРЕНАСИЧЕНИЙ DP < [A]n [B]m візуально відмічаємо осад

Добуток рівноважних концентрацій перевищує добуток розчинності електроліту при даній температурі Для більш повного осадження використовують надлишок осаджувача. Розчинність важкорозчинних електролітів знижується в присутності інших сильних електролітів, що мають однойменний іон. Осадження, як правило, проводять з холодних розчинів. Умови утворення осадів:

Ступінь окиснення – це умовний електричний заряд атома в молекулі, обчислений виходячи з припущення, що молекула складається лише з позитивних і негативних іонів. Окисненням називається процес, при якому проходить віддача електронів атомом, молекулою або іоном: Na0 – ē Na+1 SO32- + 2OH- – 2ē SO42- + H2O H2O2 – 2ē 2H+ + O20 Відновленням називається процес, під час якого відбувається приєднання електронів атомом, іоном або молекулою: S0 + 2ē S-2 Cr2O72- + 14H+ + 6ē 2Cr3+ + 7H2O H2O2 + 2H+ + 2ē 2H2O Окисно-відновні реакції

Визначають ступінь окислення в елементів, які змінили його в процесі реакції: Mn+2(NO3)2 + Pb+4O2 + HNO3 HMn+7O4 + Pb+2(NO3)2 + H2O Складають рівняння електронного балансу окисно-відновної реакції: відновник Mn+2 – 5ē Mn+7 2 процес окиснення 10 окисник Pb+4 + 2ē Pb+2 5 процес відновлення Числа 2 і 5 є коефіцієнтами для окисника і відновника: 2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + HNO3 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + H2O Урівнюють метали, що не приймають участь в процесі окиснення-відновлення. В даній реакції таких металів немає. Урівнюють число кислотних залишків: 2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + H2O Визначають число молекул води, урівнюючи число атомів гідрогену в правій і лівій частинах рівняння: 2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 +2H2O Методи складання рівнянь окисно-відновних реакцій Метод електронного балансу

Сполуки, що не утворюють іонів в розчині (гази, оксиди, осади, а також неелектроліти, слабкі електроліти), записують у вигляді молекул, сильні і середні електроліти – у вигляді іонів. В рівняннях напівреакцій для окисника і відновника число всіх атомів в правій і лівій частинах повинно бути рівним. Сумарні заряди правої і лівої частин напівреакцій повинні бути рівними. Іони, що не змінюють заряд в результаті окисно-відновної реакції, в іонну схему не включаються. Якщо окисно-відновна реакція протікає в кислому середовищі, то в іонне рівняння входять іони гідрогену та молекули води: а) при надлишку кисню в лівій частині реакції атоми кисню зв’язуються з іонами гідрогену в молекули води: О-2 + 2Н+ → Н2О б) при недостачі кисню в лівій частині напівреакції записують молекулу води, а в правій частині іони гідрогену: Н2О О-2 + 2Н+ В лужному середовищі число атомів кисню урівнюється за рахунок молекул води і гідроксид-іонів: а) якщо вихідні речовини містять більшу кількість атомів кисню, ніж продукт реакції, тоді в ліву частину напівреакції записуються молекули води, а в правій частині – гідроксид-іони: О-2 + НОН → 2ОН- б) якщо вихідні речовини містять менше атомів кисню, ніж продукти реакції, тоді в лівій частині напівреакції записують гідроксид-іони, а в правій – молекули води: 2ОН- О-2 + НОН В нейтральних розчинах в ліву частину рівняння входять молекули води, а в праву частину можуть бути записані іони гідрогену або гідроксид-іони, якщо надлишок атомів кисню в лівій частині рівняння: О-2 + НОН → 2ОН- або якщо вихідна речовина містить менше кисню, ніж продукти реакції: Н2О О-2 + 2Н+ Іонно-електронний метод або метод напівреакцій

ПРИКЛАДИ: KMnO4 + H2O2 + H2SO4 → MnSO4 + O2 + K2SO4 + H2O H2O2 - 2ē → O2 + 2H+ 5 MnO4- + 8H+ + 5ē → Mn2+ + 4H2O 2 5H2O2 + 2MnO4- + 16 H+ → 5O2 + 2Mn2+ + 8H2O + 10H+ 2KMnO4+5H2O2+3H2SO4 → 2MnSO4+5O2↑+K2SO4+8H2O