Химия и медицина

Элективный курс для учащихся 10 класса

 

Содержание

Пояснительная записка.

Содержание курса.

Учебно-тематический план.

Словарь основных понятий.

Рекомендуемая литература (для учителя и учащихся).

Приложения.

Практическая работа 1. Знакомство с образцами лекарственных средств и опыты с ними.

Практическая работа 2. Распознавание лекарственных средств и их идентификация.

Задания к разделу “Химические элементы и их лечебное действие”.

 

Все есть яд, ничто не лишено ядовитости, и все есть лекарство.
Лишь только доза делает лекарство ядом или лекарством.
Т.Парацельс

 

Пояснительная записка

В наш информационный век, как ни странно, школьники обладают достаточно скудными знаниями о своем организме, способах сохранения здоровья и путях выхода из ситуаций, когда организму требуется помощь. Учащимся необходимо знать, что собой представляет человеческий организм с точки зрения химии и биологии, как поддерживать здоровье и помочь своему организму справиться с некоторыми заболеваниями и что лучше применить: лекарственные или растительные препараты.

При изучении данного курса формируются понятия о здоровье, лекарствах, их действии на организм и правильном их употреблении. Он позволяет погрузиться в систему вопросов: химические и биологические свойства металлов и неметаллов, химические реакции, химическая зависимость, фармакологические группы веществ. Особое внимание уделено составу, фармакологическим свойствам препаратов, общей культуре обращения с лекарственными средствами. При этом учащиеся усваивают, что здоровый образ жизни позволяет надолго сохранить активность и поможет избежать многих болезней и проблем.

Содержание данного курса вводит учащихся в область теоретических основ медицины, связанных с сохранением здоровья, а также частично обеспечивает профессиональную ориентацию старшеклассников.

Цели курса. Продолжить формирование у учащихся понимания важности сохранения здоровья; дать представление о профессиях, связанных с медициной; предоставить учащимся возможность удовлетворить свои познавательные интересы в области химии и медицины в процессе проведения экспериментальных работ.

Задачи курса. Актуализировать и расширить знания учащихся по вопросам здоровьесбережения; научить школьников анализировать свой образ жизни с точки зрения влияния на здоровье; ознакомить учащихся с процессами, происходящими в организме человека, с действием химических веществ на живой организм, с приемами оказания доврачебной помощи; совершенствовать умения обращения с химическими веществами, химическими приборами и оборудованием, навыки решения экспериментальных и расчетных задач; способствовать развитию творческих способностей учащихся, целеустремленности, наблюдательности и воображения.

Продолжительность курса  – одно полугодие; объем – 17 ч.; периодичность проведения уроков – 1 раз в неделю.

Требования к уровню знаний и умений учащихся.

Учащиеся должны знать:

– понятия “лекарственные вещества”, “ядовитые вещества”, роль неметаллов и металлов в природе;

– фармакологические группы лекарственных средств в зависимости от их лечебного действия;

– влияние на состояние здоровья человека вредных веществ;

– правила пользования лекарственными средствами и условия их хранения;

– правила техники безопасности при выполнении химического эксперимента.

Учащиеся должны уметь:

– проводить качественные реакции на анионы;

– работать с лабораторным оборудованием;

– идентифицировать лекарственные средства с помощью химических реакций;

– решать расчетные задачи с медицинским содержанием;

– работать в группе;

– анализировать состав лекарственных препаратов.

Содержание курса

Общие понятия о лекарственных средствах (6 ч)

Определение понятия “лекарственный препарат”. Парацельс – основоположник медицинской химии. Клавдий Гален – фармаколог. Формы лекарственных препаратов: таблетки, драже, свечи, эмульсии, суспензии, настойки. Химическая классификация лекарственных веществ.

Фармакологическая классификация лекарственных веществ.

Правила хранения и приема лекарственных препаратов в домашних условиях.

Лекарственные травы и их фармакологическое действие.

П р а к т и ч е с к и е  р а б о т ы: 1. Знакомство с образцами лекарственных средств и опыты с ними; 2. Распознавание лекарственных средств и их идентификация.

Болезни химической зависимости, профилактика и лечение (4 ч)

Алкоголь. Табак (никотин). Наркотические вещества (марихуана, кокаин, опиаты, психомиметические средства, летучие вещества). Действие на организм, отдаленные эффекты действия, профилактика и лечение.

Л а б о р а т о р н ы й  о п ы т. Химический состав табачного дыма.

П р а к т и ч е с к а я  р а б о т а  3. Детектор трезвости (демонстрация окисления спиртов). Физиологическое воздействие спирта на семена пшеницы и куриный белок.

Методы расчета в фармакологической химии (2 ч)

Правила приготовления растворов. Правила взвешивания твердых веществ. Массовая доля растворенного вещества в растворе. Расчет и приготовление раствора с определенной массовой долей растворенного вещества. Определение объемов растворов с помощью мерной посуды.

П р а к т и ч е с к а я  р а б о т а  4. Приготовление растворов с определенной массовой долей вещества.

Химические элементы и их лечебное действие (4 ч)

Хлор. Хлориды.

Л а б о р а т о р н ы й о п ы т. Качественная реакция на хлориды.

Кровоостанавливающие средства. Рассказ о применении хлорида кальция как успокаивающего средства при лечении неврозов, бронхиальной астмы, туберкулеза.

Йод. Йодиды.

Л а б о р а т о р н ы й о п ы т. Качественная реакция на йодиды.

Лечение глазных болезней. Мазь на основе йодида калия используется для лечения грибкового поражения ногтей. Йод входит в состав белка щитовидной железы, поставляющей организму такие гормоны, как тироксин, дийодтирозин.

Сера. Сульфаты.

Л а б о р а т о р н ы й о п ы т. Качественная реакция на сульфаты.

Изготовление повязок и шин, зубопротезная техника.

Азот. Нитраты.

Л а б о р а т о р н ы й о п ы т. Качественная реакция на нитраты.

Препараты соединений азота: водный раствор аммиака (10%-й), оксид азота(I) (физиологическое действие установлено Г.Дэви, применяют для масочного наркоза в хирургической практике), нитрит натрия (проявляет слабощелочную реакцию в воде, является коронарно-расширяющим средством при стенокардии, противоядием при отравлении метгемоглобинобразующими веществами, цианидами).

Фосфор. Фосфаты.

Л а б о р а т о р н ы й о п ы т. Качественная реакция на фосфаты.

Применение в зубопротезной практике. Почти все важнейшие физиологические процессы в организме человека связаны с превращением фосфорорганических соединений. Фосфор сосредоточен в скелете, мышцах и нервной ткани. Зубная эмаль содержит апатит.

Углерод. Карбонаты.

Л а б о р а т о р н ы й о п ы т. Качественная реакция на карбонаты.

Адсорбирующие и нейтрализующие средства. Карбонат калия применяется как составная часть пилюль Бло для превращения сульфата железа(II) в карбонат:

FeSO₄ + K₂CO₃ = FeCO₃ + K₂SO₄.

Роль металлов в медицине.

Последствия нарушений химического состава живых организмов. Влияние недостатка и избытка металлов на состояние организма человека. Металлотерапия – использование комплексных соединений для лечения болезней.

Ядовитое действие химических веществ на организм. Первая помощь при отравлении химическими реактивами.

Защита творческих работ (1 ч)

В конце курса происходит защита групповой творческой работы. Организуется смотр-выставка творческих работ: стенгазета, бюллетень ЗОЖ, связь химии с медициной, современные достижения медицины.

Словарь основных понятий

Анальгетики – болеутоляющие средства, некоторые также обладают противоревматическим и жаропонижающим действием, предотвращают появление тромбов в артериях.

Анестезирующие препараты – лекарственные препараты, угнетающие различные виды чувствительности, в первую очередь болевую.

Анион – отрицательно заряженный ион.

Антибиотики – вещества, которые производятся микроорганизмами и препятствуют росту бактерий, в том числе и внутри организма человека.

Антисептики – противомикробные препараты.

Катион – положительно заряженный ион.

Концентрированный раствор – раствор, содержащий большое количество растворенного вещества.

Лекарственный препарат – вещество, которое применяется в определенных дозах с целью лечения какого-либо заболевания или для его предупреждения.

Массовая доля растворенного вещества – отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора.

Отравление (интоксикация) – нарушение функций организма под воздействием ядовитого вещества, которое вызывает расстройство здоровья или смерть.

Разбавленный раствор – раствор, содержащий малое количество растворенного вещества.

Яд – химическое соединение, которое, будучи введенным в организм и действуя на него химически или физико-химически, при определенных условиях может вызвать отравление различной степени тяжести или смерть.

Учебно-тематический план

Таблица

 

Рекомендуемая литература для учителя

Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии. М.: Просвещение, 1995; Глушенков В.В. Фармацевтическая химия. М.: Академия, 2005; Головнер В.Н. Химия. Интересные уроки из зарубежного опыта преподавания. М.: Энас, 2005; Грандберг И.И. Органическая химия. М.: Дрофа, 2002; Гриффит Х.В. Новейшие лекарственные средства. М.: Крон-Пресс, 1998; Демидов В.А. В химической лаборатории. Библиотечка “Первого сентября”, серия “Химия”, вып. 4 (16). М.: Чистые пруды, 2007; Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. Сборник задач и упражнений по химии. Школьный курс. М.: Оникс 21 век, 2005; Кендиван О.Д.-С., Хомушку С. Контролирующие материалы по химии с практической направленностью. Химия (ИД “Первое сентября”), 2007, № 11; Крылов Г.В. Травы жизни и их искатели. Томск: Красное знамя, 1992; Николаева М.В. Элективный курс “Путешествие в мир фармакологии”. Химия (ИД “Первое сентября”), 2006, № 2; Штремплер Г.И. Элективный курс “Введение в фармацевтическую химию”. М.: Дрофа, 2006; Шулутко Б.И. Справочник терапевта. М.: Ренкор, 1999; Юрина А.А. Элективный курс “Химия и медицина”. М.: Дрофа, 2006.

Рекомендуемая литература для учащихся

Володина М.А. Сборник конкурсных задач по химии с решениями. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1983; Медико-санитарная подготовка учащихся. Под ред. П.А.Курцева. М.: Просвещение, 1988; Кузнецова Н.Е., Литвинова Т.Н., Левкин А.Н. Химия: 11 класс. М.: Вентана-Граф, 2005; Пастушенков Л.В., Пастушенков А.Л., Пастушенков В.Л. Лекарственные растения. Л.: Лениздат, 1990; Пичугина Г.В. Химия и повседневная жизнь человека. М.: Дрофа, 2006.

---

ПРИЛОЖЕНИЯ

П р а к т и ч е с к а я  р а б о т а  1.

Знакомство с образцами лекарственных средств и опыты с ними

Цели. Ознакомить учащихся с образцами лекарственных препаратов, научить делать расчеты для приготовления некоторых лекарственных средств и определения их формул. Расширить и углубить знания по данной теме.

Оборудование и реактивы. Ступка и пестик, пробирки, спиртовка, спички, держатель для пробирок; настойка йода, 2М (8%-й) раствор NаОН, 1М (4%-й) раствор НСl, зеленка, сульфат магния, аспирин, димедрол, ампициллин, спиртовый раствор левомицетина, H₂SO₄ (конц.), раствор CuSO₄, раствор фурацилина.

Задания.

1. Изучение йодной настойки.

Йодную настойку обычно считают спиртовым раствором йода. На самом деле она содержит 5 г йода, 2 г йодида калия и 50 мл 96%-го этилового спирта на каждые 50 мл воды. Для чего в йодную настойку добавляют йодид калия? Дело в том, что йод в воде почти не растворим. А йодид калия образует с йодом хорошо растворимый комплекс K[I(I₂)]. Часто формулу этого комплекса изображают в упрощенном виде – K[I₃]. Этиловый спирт еще больше повышает растворимость йода.

Рассмотрите выданный образец йодной настойки и ознакомьтесь со способом решения задачи 1.

З а д а ч а 1. Рассчитайте массу йода, который может быть связан с помощью 1,66 г йодида калия, если степень превращения йода в растворимый комплекс составляет 10 %.

Р е ш е н и е

1) Уравнение реакции образования комплекса:

I₂ + KI = K[I(I₂)].

2) Количество вещества KI равно:

₁(KI) = m(KI) / M(KI) = 1,66 / 166 = 0,01 моль.

3) Количество вещества KI, вступившего в реакцию с йодом (и, соответственно, количество вещества йода):

₂(KI)• = 0,01•0,1 = 0,001 моль = (I₂).

4) Масса йода, связанного в комплекс:

m(I₂) = (I₂)•M(I₂) = 0,001•254 = 0, 254 г.

Ответ. Масса йода равна 0,254 г.

2. Получение йодоформа. (Работу проводить под тягой.)

В пробирку наливают 1 мл спиртового раствора йода и приливают к нему 2М (8%-й) раствор NаОН до тех пор, пока смесь не обесцветится. Выпадают характерные светло-желтые кристаллы йодоформа.

3. Изучение бриллиантового зеленого и определение его формулы.

Рассмотрите образец бриллиантового зеленого и изучите способ решения задачи 2.

З а д а ч а 2. Определите брутто-формулу бриллиантового зеленого (зеленки), если известно, что при сгорании 0,01 моль этого соединения образуется 0,18 моль воды и выделяется 6,048 л оксида углерода(IV). Суммарная массовая доля азота, серы и кислорода равна 0,2562, а мольное соотношение N : S : O в веществе равно 2 : 1 : 4.

Дано:  (зел.) = 0,01 моль, (Н2О) = 0,18 моль, V(CO2) = 6,048 л, (N, S, O) = 0,2562, N : S : O = 2 : 1 : 4.

Найти: СхHyN2zSzO4z

Р е ш е н и е

1) Уравнение реакции горения органического вещества в общем виде:

C_xH_yN_2zS_zO_4z + аO₂ = xCO₂ + y/2H₂O + zN₂ + zSO₂.

2) Учитывая стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции, запишем соотношения для расчета x и y:

 (в-ва) / 1 = (СО₂) / x = (Н₂О) / (y/2).

3) Найдем количество вещества СО₂:

(CO₂) = V(CO₂)/V_M = 6,048/22,4 = 0,27 моль.

4) Поскольку (в-ва) / 1 = (СО₂) / x,

то x = (СО₂) / (в-ва) = 0,27 / 0,01 = 27.

Кроме того, (в-ва) / 1 = (Н₂О) / (y/2),

следовательно:

y = 2(H₂О)/(в-ва) = 0,36 / 0,01 = 36.

5) Предварительная формула соединения – C₂₇H₃₆N_2zS_zO_4z, а его молярная масса М может быть выражена следующим образом:

М (в-ва) = 27•12 + 36•1 + 0,2562•М (в-ва).

Отсюда М (в-ва) = 484 г/моль.

6) М (в-ва) = 27•12 + 36•1 + (14•2z + 32•z +16•4z) = 484.

Отсюда z = 1.

Ответ. Брутто-формула бриллиантового
зеленого – C₂₇H₃₆N₂SO₄.

4. Действие кислот на бриллиантовый зеленый.

В пробирку наливают 1 мл раствора бриллиантового зеленого и столько же 1М (4%-го) раствора соляной кислоты. Появляется оранжевое окрашивание.

5. Получение основания бриллиантового зеленого.

В пробирку наливают 1 мл раствора бриллиантового зеленого и добавляют по каплям 2М раствор NаОН. Образуется бледно-зеленый осадок основания бриллиантового зеленого.

6. Изучение английской соли.

Английская (“горькая”) соль используется медиками для снижения артериального давления, при некоторых заболеваниях нервной системы, в качестве слабительного средства. Рассмотрите образец соли, проверьте ее растворимость. Для этого 5 г соли растворите в 200 мл воды.

Определите формулу “горькой” соли, если массовые доли элементов в ней составляют: 9,76 % Mg; 13,01 % S; 71,54 % O; 5,69 % H.

Ответ. MgSO₄•7H₂O.

7. Изучение аспирина.

Рассмотрите образцы аспирина и установите его брутто-формулу, если массовые доли входящих в его состав элементов составляют: 4,45 % Н; 35,55 % О; 60 % С. Молярная масса аспирина 180 г/моль.

Ответ. C₉H₈O₄.

8. Опыт с димедролом.

Рассмотрите образцы димедрола. Одну таблетку измельчите и поместите в пробирку. Добавьте в нее 2–3 капли концентрированной серной кислоты. Наблюдайте образование желтой оксониевой соли.

9. Опыт с антибиотиком.

В пробирку наливают 1 мл раствора ампициллина и столько же 2М раствора NaОН. В полученную смесь добавляют 2–3 капли 10%-го раствора CuSO₄. Пробирку встряхивают. Появляется фиолетовое окрашивание, характерное для биуретовой реакции. Постепенно окраска изменяется на бурую.

10. Щелочное расщепление левомицетина.

В пробирку наливают 1 мл раствора левомицетина (в этиловом спирте), добавляют столько же 2М раствора щелочи и нагревают ее. Появляется кирпично-красное окрашивание, характерное для азобензойной кислоты, образующейся в ходе разложения левомицетина в щелочной среде.

11.Опыт с фурацилином.

В пробирку наливают 1 мл раствора фурацилина и добавляют к нему 0,5 мл 2М раствора NaOH. Наблюдается изменение окраски с желтой на оранжево-красную.

П р а к т и ч е с к а я  р а б о т а  2.

Распознавание лекарственных средств и их идентификация

Цели. Научить школьников идентифицировать с помощью химических реакций наиболее распространенные лекарственные средства. Способствовать совершенствованию их умений обращаться с химическими веществами, химическими приборами и оборудованием. Предоставить учащимся возможность удовлетворить свои интересы в области химии и медицины в процессе проведения экспериментальной работы.

Оборудование и реактивы. Пробирки, ступка с пестиком, химические стаканчики (50 мл, 2 шт.), коническая колба, воронка, фильтровальная бумага, спиртовка, спички, медная сетка, держатель для пробирок; таблетки парацетамола, аспирина, гидроперита*, стрептоцида, анальгина, растворы: FeCl₃ (10%-й), K₂Cr₂O₇ (10%-й), Na₂CO₃ (10%-й), NaOH (10%-й), Сr₂(SO₄)₃ (10%-й), BaCl₂ (20%-й); HNO₃ (конц.), HCl (р-ры 1 : 1 и 2M).

Задания.

1. Анализ парацетамола.

Парацетамол по химическому строению является производным фенола. В пара-положении относительно гидроксигруппы к бензольному кольцу присоединена аминогруппа, в которой один атом водорода замещен группой – СОСН₃. Лекарственные средства аналогичного строения идентифицируются либо по фенольной гидроксигруппе (реакция с хлоридом железа(III)), либо как первичные амины ароматического ряда.

а) Реакция с хлоридом железа(III).

Половинку таблетки парацетамола растворяют в 25 мл воды и добавляют 2–3 мл раствора хлорида железа(III). Наблюдается фиолетовое окрашивание.

б) Реакция с окислителями.

Четверть таблетки парацетамола кипятят с 10 мл соляной кислоты, добавляют равный объем воды и охлаждают. Смесь при необходимости фильтруют. К фильтрату прибавляют по каплям раствор дихромата калия. Наблюдается фиолетовое окрашивание.

в) Кислотный гидролиз парацетамола.

К 1 мл раствора парацетамола добавляют 0,5 мл 2М раствора НСl, нагревают смесь до кипения и кипятят в течение 1 мин. Затем охлаждают пробирку и осторожно нюхают ее содержимое. Ощущается запах уксусной кислоты.

2. Разложение ацетилсалициловой кислоты (аспирина).

Растертую в ступке таблетку поместить в пробирку. Добавить 2–3 мл раствора карбоната натрия. Раствор кипятить 2–3 мин. К охлажденному раствору добавить 1–3 мл соляной кислоты. Раствор нагреть. Чувствуется запах уксусной кислоты.

3. Анализ гидроперита.

В пробирку поместить растертую таблетку гидроперита, добавить 1–2 мл гидроксида натрия и 1–2 мл раствора сульфата хрома(III). Образуется ярко-желтый осадок хромата натрия.

2NaOH + H₂O₂ = Na₂O₂ + 2H₂O,

5Na₂O₂ + Cr₂(SO₄)₃ = 2Na₂CrO₄ + 3Na₂SO₄ + O₂.

4. Анализ стрептоцида.

В пробирку поместить растертую таблетку стрептоцида, добавить 1–2 мл азотной кислоты и осторожно прокипятить в течение 1–2 минут. Раствор охладить, добавить к нему 2 мл дистиллированной воды и 1–2 мл раствора хлорида бария. Выпадает осадок белого цвета.

5. Анализ анальгина.

К 1 мл раствора анальгина добавляют 3–4 капли 10%-го раствора хлорида железа(III). Появляется темно-синее окрашивание, постепенно переходящее в темно-зеленое, а затем в оранжево-желтое.

З а д а н и я  к  разделу

“Химические элементы и их лечебное действие”

• Хлор. Хлориды.

Написать уравнения химических реакций, упоминаемых в следующем тексте: “Хлорид аммония при контакте с солями свинца и серебра образует малорастворимые хлориды; с щелочами – разлагается с выделением аммиака. В слабокислой среде, создаваемой хлоридом аммония, нитрит натрия разлагается с образованием азотистой кислоты и выделением оксидов азота”.

Как химически грамотно хранить препарат хлорида аммония?

• Йод. Йодиды.

Написать уравнения химических реакций, упоминаемых в следующем тексте: “При контакте йода с сульфидами происходит выделение серы; с аммиаком йод образует нерастворимый и взрывчатый йодистый азот; с солями ртути, серебра и свинца образует труднорастворимые осадки йодидов. Пары? йода могут действовать на многие медикаменты, приводя к их порче. Так, при воздействии йода на хлорид ртути(I) (каломель) образуются дихлорид и диоксид ртути”. Как химически грамотно хранить препараты йода?

• Сера. Сульфаты.

Написать уравнения химических реакций, упоминаемых в следующем тексте: “При контакте сульфата магния с солями кальция происходит осаждение нерастворимого в воде гипса; с едкими щелочами – осаждение нерастворимого в воде гидроксида магния; с карбонатами – осаждение нерастворимого в воде основного карбоната магния; с солями свинца – осаждение нерастворимого сульфата”.

Как химически грамотно хранить препарат сульфата магния?

• Углерод. Карбонаты.

Написать уравнения химических реакций, упоминаемых в следующем тексте: “При смешивании гидрокарбоната натрия с кислотами и веществами с кислой средой раствора происходит взаимодействие с выделением углекислого газа; с хлоридом кальция дает осадок карбоната кальция; с солями алюминия, железа, магния, ртути, свинца и цинка происходит образование нерастворимых соединений”.

Как химически грамотно хранить препарат гидрокарбоната натрия?

(В тексте приведены иллюстрации, присланные автором статьи.)

---

* Гидроперит – комплексное соединение H₂O₂ c мочевиной (СО(NH₂)₂•H₂O₂. Для получения 1%-го раствора пероксида водорода в 100 мл воды растворяют две таблетки. – Прим. ред.

Е.П.ЗАРУБИН,
учитель химии средней школы № 1,
п. Тальменка, Алтайский край