XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Определение анионов и катионов в лекарственных препаратах
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Начиная с самых древних человеческих цивилизаций, лекарства были важным способом поддержания здоровья и лечения болезней. От лечения кашля до полиомиелита, люди нашли множество способов борьбы с широким спектром болезней. Изучение лекарственных средств производится путём химического анализа, фармакологических исследований и клинических наблюдений. Лекарства также создают путём химического синтеза неприменением биологических технологий, используя, деятельность микроорганизмов. Человечество пользуется лекарственными средствами с незапамятных времён, но в истории фармакотерапии известны периоды (конец XIX — начало XX вв.), когда положительную роль лекарств отрицали, и это считалось признаком передового образа мысли. Отрицание фармакотерапии выражалось в каламбурной поговорке: «Лечи умом, а не лекарством». О том, «почему лекарства лечат», люди обычно не задумываются – на то они и лекарства, чтобы лечить. Иногда затеваются спор о том, «должен или не должен больной знать о назначаемых ему лекарствах». Всякий врач, назначающий лекарства, заинтересован в том, чтобы больной был его союзником в деле лечения и мог оценить наступающий лечебный эффект и уловить первые признаки нежелательного побочного действия. И в знаниях того, кому он доверил свою жизнь, больной может убедиться только тогда, когда научиться понимать врача. Свое будущее я хочу связать с профессией врача, поэтому темой моего проекта является «Определение анионов и катионов в лекарственных препаратах»
Методы исследования лекарственных веществ подразделяются на физические, химические, физико-химические, биологические. Для целей идентификации, т. е. для подтверждения принадлежности лекарственного препарата к какой- либо химической группе, лекарственных веществ используют только такие реакции, которые сопровождаются наглядным внешним эффектом, например, изменением окраски раствора, выделением газов, выпадением или растворением осадков и т. п. Их называют реакциями идентификации или реакциями на подлинность. С их помощью обнаруживают присутствие определённых ионов, простых веществ, оснований и пр.
Актуальность: данная тема актуальна и интересна практически для всех людей современного мира, так как лекарственные препараты сопутствуют человеку в течение всей его жизни: от рождения до смерти. Человек принимает самые разнообразные лекарственные вещества, зачастую даже по несколько раз в день.
Проблема: в современном мире все популярнее становится развитие фармацевтической области. Но мало кто знает, какие анионы и катионы входят в состав популярных лекарственных препаратов. Поэтому я решила выяснить какие анионы и катионы содержат лекарственные препараты, и с помощью химических опытов лично убедиться в этом.
Цель работы: изучить реакции для определения анионов и катионов лекарственных препаратах и провести опыты, отражающие химические свойства данных анионов и катионов.
Гипотеза: я предполагаю, что лекарственные препараты могут содержат определенные катионы и анионы и их наличие можно проверить в школьной лаборатории.
Объект исследования: лекарственные средства.
Предмет исследования: химический состав лекарств и их идентификация.
Методы исследования: анализ, эксперимент, наблюдение.
Задачи:
Изучить литературу и интернет ресурсы по данной теме.
Ознакомится с новейшими достижениями в области фармакологии и механизмом действия лекарственных препаратов.
Изучить методику выполнения реакций на ионы в составе лекарственных препаратов.
Экспериментально проверить содержание анионов и катионов в лекарственных препаратах.
Обобщить и охарактеризовать полученную информацию.
1.Теоретическая часть
1.1. Смысл понятия фармакологии
Фармакология (греч. pharmacon — лекарство, logos — учение) — это наука о взаимодействии химических соединений с живыми организмами. В основном фармакология изучает лекарственные средства, применяемые для лечения и профилактики различных заболеваний и патологических состояний.
Основным содержанием фармакологии является фармакодинамика. В этом вопросе у фармакологии еще много белых пятен, т. е. ряд лекарственных средств применяются сотни лет, хотя механизм их действия окончательно еще не выяснен (например, наркозные средства). Открытие же механизмов действия дает очень много как для создания новых лекарств, так и для предупреждения их побочного действия. Например, открытие механизма действия нестероидных противовоспалительных средств позволило создать ряд новых препаратов, а также объяснять их ульцерогенное действие и предложить препараты для его профилактики.
Велико значение фармакологических средств для практической ветеринарии. Еще И. П. Павлов отмечал, что первым приемом лечения по универсальности является введение лекарственных веществ в больной организм. В результате создания большого числа новых высокоэффективных средств фармакотерапия стала универсальным методом лечения большинства болезней.
Наряду с лекарственными веществами, регулирующими функцию отдельных органов и систем в больном организме, важную роль в ветеринарии приобрели противомикробные и противопаразитарные средства, нашедшие широкое применение для лечения и профилактики инфекционных болезней. Это сказалось на развитии клинических дисциплин.
Появление новых наркотических и местноанестеризующих средств, ганглиоблокаторов и других препаратов способствовало более успешному проведению хирургических операций, особенно у мелких домашних животных. Эффективное лечение бактериальных инфекций стало возможным только после получения антибиотиков, сульфаниламидных, нитрофурановых и других препаратов. Все это указывает на огромное значение фармакологии для практической ветеринарии еще и потому, что многие современные лекарственные средства обладают высокой активностью, и малейшая неточность в их дозировании или способах назначения может стать причиной неблагоприятного воздействия на больных животных, пагубно отразиться на состоянии организма.
Современная фармакология располагает тысячами различных лекарственных препаратов. Хотя далеко не все синтезируемые химиками и обследованные соединения находят себе применение в медицине и ветеринарии. Одни оказываются недостаточно активными, другие обладают высокой токсичностью, третьи оказывают губительное действие на клетки различных органов и т. д. Так, например, к настоящему времени исследовано свыше 20 тысяч антибиотиков группы пенициллина, а нашли себе применение в медицине около 20 препаратов этой группы.
Фармакология имеет многообразные аспекты исследований. Она проводит фундаментальные, экспериментальные исследования по изучению фармакокинетики, фармакодинамики, механизма действия на организм животного, а также изучает вопросы прикладной направленности.
1.2 Механизм действия лекарственных веществ
В основе действия большинства лекарственных средств лежит процесс воздействия на физиологические системы организма, выражающиеся изменением скорости протекания естественных процессов. Возможны следующие механизмы действия лекарственных веществ.
Физические и физико-химические механизмы. Речь идет об изменении проницаемости и других качеств клеточных оболочек вследствие растворения в них лекарственного вещества или адсорбции его на поверхности клетки; об изменении коллоидного состояния белков и т. п.
Химические механизмы. Лекарственное вещество вступает в химическую реакцию с составными частями тканей или жидкостей организма, при этом они воздействуют на специфические рецепторы, ферменты, мембраны клеток или прямо взаимодействуют с веществами клеток.
Действие на специфические рецепторы основано прежде всего на том, что макромолекулярные структуры избирательно чувствительны к определенным химическим соединениям. Лекарственные средства, повышающие функциональную активность рецепторов, называются агонистами, а препараты, препятствующие действию специфических агонистов, – антагонистами. Различают антагонизм конкурентный и неконкурентный. В первом случае лекарственное вещество конкурирует с естественным медиатором за места соединения в специфических рецепторах. Блокада рецептора, вызванная конкурентным антагонистом, может быть восстановлена большими дозами агониста или естественного медиатора.
Влияние на активность ферментов связано с тем, что некоторые лекарственные вещества способны повышать и угнетать активность специфических ферментов.
Физико-химическое действие на мембраны клеток (нервной и мышечной) связано с потоком ионов, определяющих трансмембранный электрический потенциал. Некоторые лекарственные препараты способны изменять транспорт ионов (антиаритмические, противосудорожные препараты, средства для общего наркоза).
Прямое химическое взаимодействие лекарств возможно с небольшими молекулами или ионами внутри клеток. Принцип прямого химического взаимодействия составляет основу антидотной терапии при отравлении химическими веществами.
1.3.Катионы и анионы
Ионы –это такая частица, в которой больше протонов или электронов, он будет называться анион или катион, в зависимости от того, чего больше: протонов или электронов. В качестве самостоятельных частиц они встречаются во многих агрегатных состояниях: газах, жидкостях, кристаллах и в плазме. Понятие и название ввёл в обиход Майкл Фарадей в 1834 году. Он изучал воздействие электричества на растворы кислот, щелочей и солей.
Катионы- это частицы, носящие положительный заряд. Могут иметь разную величину заряда, например: Са2+ — двухзарядный катион, Na+ — однозарядный катион. Мигрируют к отрицательному катоду в электрическом поле.
Анионы - это элементы, имеющие отрицательный заряд. А также обладает различным количеством величины зарядов, например, CL- — однозарядный ион, SO42- — двухзарядный ион. Такие элементы входят в состав веществ, обладающих ионной кристаллической решёткой, в поваренной соли и многих органических соединениях.
Натрий. Щелочной металл. Отдав один электрон, находящийся на внешнем энергетическом уровне, атом превратится в положительный катион.
Хлор. Атом этого элемента принимает на последний энергетический уровень один электрон, он превратится в отрицательный хлорид анион.
Поваренная соль. Атом натрия отдаёт электрон хлору, вследствие этого в кристаллической решётке катион натрия окружён шестью анионами хлора и наоборот. В результате такой реакции образуется катион натрия и анион хлора. Благодаря взаимному притяжению формируется хлорид натрия. Между ними образуется прочная ионная связь. Соли — это кристаллические соединения с ионной связью.
Кислотный остаток. Это отрицательно заряженный ион, находящийся в сложном неорганическом соединении. Он встречается в формулах кислот и солей, стоит обычно после катиона. Практически для всех таких остатков есть своя кислота, например, SO4 – от серной кислоты. Кислот некоторых остатков не существует, и их записывают формально, но они образуют соли: фосфит ион.
2. Практическая часть
2.1.Обнаружение анионов
1.Качественная реакция на пероксид водорода Н2О2
Для проведения эксперимента я использовала раствор пероксида водорода.
Ход эксперимента: в пробирку наливают 2 мл 2-3 % раствора Н2О2 и столько же 10 % раствора H2SO4. Смесь перемешивают и добавляют к ней 0,5 мл бутилового (амилового) спирта и несколько капель 5 % раствора дихромата калия. Осторожно взбалтывают содержимое пробирки.
Вывод: Слой спирта становится синим. Вскоре раствор приобретает зеленый цвет.
K2Cr2O7 + 3 H2O2 + 4 H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3O2 + K2SO4 + 7 H2O
2. Обнаружение йодид – анионов I
Для проведения эксперимента я использовала лекарственное средство люголь.
Ход эксперимента: Нагревание препарата, содержащего йод с концентрированной серной кислотой.
2I- + H2SO4(конц.) → I2↑ + SO3 + H2O
Вывод: При нагревании образуются фиолетовые пары йода, значит данный препарат содержит анион йода.
3. Обнаружение бромид- анионов Br
Для проведения эксперимента я использовала лекарственное средство пертуссин.
Ход эксперимента: К 2 мл раствора бромида (0,002—0,01 г иона бромида) прибавляют 0,5 мл разведенной азотной кислоты и 0,5 мл раствора нитрата серебра.
AgNO3 + KBr(разб.) → AgBr(↓) + KNO3
Вывод: Образуется желтоватый осадок не растворимый в разведенной азотной кислоте и трудно растворимый в растворе аммиака, значит данное лекарственное средство содержит анион брома.
4. Обнаружение хлорид- анионов Cl
Для проведения эксперимента я использовала раствор для внутривенного введения кальция хлорид.
Ход эксперимента: К 2 мл раствора хлорида (0,002—0,01 г иона хлорида) прибавляют 0,5 мл разведенной азотной кислоты и 0,5 мл раствора нитрата серебра.
CaCl2 + 2AgNO3 → Ca(NO3)2 + 2AgCl
Вывод: Образуется белый творожистый осадок не растворимый в разведенной азотной кислоте и растворимый в растворе аммиака, значит в исследованном препарате содержится анион хлора.
5. Обнаружение фосфат – анионов РO4
Для проведения эксперимента я использовала лекарственное средство фосфалюгель.
Ход эксперимента: К 1 мл раствора фосфата (0,01—0,03 г иона фосфата), нейтрализованного до рН около 7,0, прибавляют несколько капель раствора нитрата серебра.
PO43- + 3AgNO3 → Ag3PO4↓ + 3NO3-
Вывод: Образуется желтый кристаллический осадок, растворимый в разведенный азотной кислоте и растворе аммиака, значит данное лекарственное средство содержит фосфат анион.
2.2.Обнаружение катионов
1.Обнаружение катионов висмута
Для проведения эксперимента я использовала лекарственное средство линимент бальзамический (по Вишневскому)
Ход эксперимента:
1.1. Препараты висмута (около 0,05 г иона висмута) взбалтывают с 3 мл разведенной хлористоводородной кислоты и фильтруют. К фильтрату прибавляют 1 мл раствора сульфида натрия или сероводорода.
2 Bi(NO3)3 + 3 Na2S→Bi2S3 + 6 NaNO3
2Bi3+ + 3S2- →Bi2S3↓
1.2. Препараты висмута (около 0,05 г иона висмута) взбалтывают с 5 мл разведенной серной кислоты и фильтруют. К фильтрату прибавляют 2 капли раствора йодида калия. Образуется черный осадок, растворимый в избытке реактива с образованием раствора желтовато-оранжевого цвета.
Bi(NO3)3 + 3 KI→BiI3 + 3 KNO3
Bi3++ 3KI → BiI3↓ + 3K+
Вывод:
В 1 опыте образуется коричневато-черный осадок. Осадок растворим в равном объеме кислоты азотной концентрированной.
Во 2 опыте образуется черный осадок, растворимый в избытке реактива с образованием раствора желтовато-оранжевого цвета.
Исследуемое мной лекарственное средство содержит катион висмута.
2. Обнаружение катионов серебра
Для проведения эксперимента я использовала мазь Аргосульфан.
Ход эксперимента: К 1 мл 2%-ного раствора серебра нитрата прибавляют 2-3 капли разведенной хлористоводородной кислоты или раствора хлорида натрия
AgNO3 + NaCl → NaNO3 + AgCl↓
AgCl + 2NH4OH → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
Вывод: образуется белый творожистый осадок, нерастворимый в азотной кислоте, растворимый в растворе аммиака, значит исследуемое мной лекарственное вещество содержит ионы серебра.
Вывод
Современная медицина немыслима без лекарственных средств. Человека по жизни сопровождают синтезированные химиками и проверенные фармацевтами лекарства. Каждый препарат имеет свой индивидуальный состав.
В ходе работы над проектом я изучила смысл понятия фармакология, провела опыты, отражающие химические свойства анионов и катионов, содержащихся в лекарственных препаратах. Опыты, проведенные с ними, доказали мою гипотезу.
В будущем я планирую стать врачом, так как это одна из самых благородных профессий современности. Работа врача основывается на тесном взаимодействии с лекарственными препаратами. Каждый препарат в своем составе имеет определенные анионы и катионы, поэтому данные исследования пригодятся мне в будущем и помогут прикоснуться к моей будущей профессии уже сейчас.
Литература
Е.А. Илларионова, И.П. Сыроватский Фармакопейный анализ неорганических лекарственных веществ.Учебное пособие. Иркутск, 2009.
Першин Г.Н., Гвоздева Е.И. 'Учебник фармакологии' – Москва.: Медгиз. 1961 - с.405
В.А. Смирнов Анализ лекарственных средств. Учебное пособие. Часть I Общие реакции на подлинность лекарственных веществ, Самара, Самарский государственный университет, 2008. - 55 с.
Аксенова Э.Н., Андрианова О.П., Арзамасцев А.П. и др. / Под ред. А.П. Арзамасцева. Фармацевтическая химия: учебное пособие. 2-е изд., испр. 2008. - 640 с
Методическое пособие к малому практикуму для студентов биологического факультета Белорусского государственного университета, кафедра органической химии. Составители: Н.А. Ильина, Т.А. Шевчук, Д.Г. Чуриков, В.Е. Исаков, Д.Г. Шклярук. Минск.: 2012
http://www.bsu.by/Cache/pdf/422373.pdf
http://elib.usma.ru/bitstream/usma/1064/1/UMK_2018_017.pdf