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HinweisBei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmendes Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besserenDurchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter daseingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, dieTexterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichenDateien mit Fehlern behaftet.

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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

WS 1998/99

'Fluor und Iod als SpurenelementeBearbeitet von Silke Tröster

1 Theorie

1.1 Einleitung

Die menschliche Gesundheit geht jeden etwas an und in unserer Gesellschaft ist dieÄrzteschaft hoch angesehen und es gibt Spezialisierungen in allen Richtungen. Dennoch gibtes in der Schule kein Fach, das sich speziell mit der Gesundheit des Menschen befaßt. Daher

0. sind alle anderen Fächer aufgefordert hier ihren Beitrag zu leisten. Auch in der Chemie kannj man hier gut informieren, z.B. über die Notwendigkeit von Spurenelementen, die hier am

Beispiel des Fluors und des Iods, zwei Halogenen, die damit zwar eine Gemeinsamkeit haben,aber dennoch verschiedene Aspekte der Spurenelemente aufzeigen. Zu den Spurenelementengehören auch noch Eisen, Kupfer, Zink, Chrom, Selen, Calcium, Magnesium, Lithium,Cobalt, Molybdän, Silicium und Mangan.Spurenelemente sind wichtige und notwendige Stoffe im Körper. Fehlen sie, kommt es zuMangelerscheinungen, die schwere Krankheiten auslösen können. Auf der anderen Seitewerden sie jedoch nur in "Spuren", das heißt in kleinen Mengen im Milli- oderMikrogrammbereich benötigt. Oft besteht nur ein schmaler Grad zwischen einerMangelerscheinung durch ein fehlendes Spurenelement und toxischen Auswirkungenaufgrund einer Überdosierung eines Spurenelementes.Spricht man über Spurenelemente, dann verwendet man oft den Elementnamen, denn manbezieht sich bei den Mengenangaben meist auf das Element in atomarer Form und rechnet alleanderen Formen darauf zurück. Wirksam sind Spurenelemente jedoch meist in ionischgelöster oder in komplexgebundener Form.

1.2 Das Spurenelement Flu.or

Das Spurenelement Fluor kommt im ganzen Körper sogar in größeren Mengen vor. Vor allemim Knochen (0,9-2,7 g/kg) und in den Zähnen (Dentin 0,2-0,7 g/kg und Zahnschmelz 0,1-0,3g/kg) ist es eingelagert. Aber auch in den Körperflüssigkeiten Blut, Magensaft und Schweißund in den festen Bestandteilen Haut, Haaren und Muskeln kommt es in geringeren Mengenvor. Um die Menge an Fluor aufrechtzuerhalten, muß Fluor täglich aufgenommen werden. Inder Nahrung befinden sich kleinere Mengen an Fluor. Reichhaltig an Fluor sind vor allemTeeblätter (8,5mg/lOOg), Walnüsse (0,7mg/l00g) und Seefische (0,1-0,5mg/100g). Auch inButter, Ei und Leber sind nennenswerte Mengen an Fluor enthalten (0,lmg/100g). Trotzdemnehmen wir im Durchschnitt täglich nur etwa 0,3-0,7 mg Fluor auf. Der von der DeutschenGesellschaft für Ernährung empfohlene Wert liegt jedoch deutlich höher bei 1,5-4mg pro Tagund Erwachsener. Dies ist nicht auf die leichte Schulter zu nehmen, den zu denMangelsymptomen gehören Wachstumsverringerungen bei noch im Wachstum begriffenenKindern, das allseits bekannte Karies und Osteoporose, der Knochenschwund, der vor allembei älteren Frauen auftritt.

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MlUm solchen Mangelerscheinungen vorzubeugen kann man zusätzliches Fluor aufnehmen.Eine Möglichkeit ist die Verwendung einer Zahnpasta, der Fluor zugesetzt wurde. Das darinenthaltene Fluorid kann leicht mit dem im Anhang beschriebenen Versuch 1 nachgewiesenwerden.Aber es gibt noch andere Möglichkeiten die Fluorversorgung in der Bevölkerung zu steigern.Zum Beispiel in England, der USA und der Schweiz wird seit einigen Jahren demTrinkwasser mit Erfolg Fluor zugesetzt. Die Karieswahrscheinlichkeit vor allem der Kinderhat sich dadurch drastisch vermindert. Leider ist diese Methode nicht ganz unproblematisch,weshalb sie in Deutschland noch nicht durchgeführt wurde. Zum einen ist die Spannezwischen von der WHO empfohlenen Fluor-Zusatz von 1 ppm und der bereits als toxischeingestuften Menge von 2 ppm sehr gering, so daß eine Dosierung sorgfältig erfolgen muß.Zum anderen wird ein großer Teil des Wassers nicht zur Nahrungsaufnahme, sondern z.B. fürdie Wäsche benötigt. Dadurch gelangt ein großer Teil des zugefügten Fluors ohne Nutzenwieder in die Kanalisation und kann sich schließlich imVorfluter zu toxischenKonzentrationen ansammeln. Zusätzlich gibt es in Deutschland ein Gesetz, daß.Zwangsmedikationen" verbietet. Moralisch problematisch ist letzendlich die Möglichkeit,daß die Industrie die Zufügung von Fluor zum Trinkwasser nutzt, um ihren Fluor-Abfallloszuwerden. Dabei werden sie natürlich eine möglichst hohe Konzentration an Fluor imvTrinkwasser wünschen, um möglichst viel Abfall loswerden zu können.Eine weitere Möglichkeit der Fluorzuführung ist die Verwendung von fluoridiertemSpeisesalz. Es ist jedoch eine freiwillige Maßnahme und es kommt hier auf den Kunden an,inwieweit er diese Möglichkeit nutzen möchte.Bei der Verwendung von fluoridierter Zahnpasta schließlich, ist die optimale Versorgungwiederum Benutzeraghängig, je nach dem wie häufig er sich mit dieser Zahnpasta die Zähneputzt.Wird das Fluor nun aufgenommen und gelangt an die Zähne, so wirkt das Mineral Apatit alsBestandteil der Zähne als natürlicher Ionenaustauscher. Die Fluorid-Ionen werden gegenHydroxid-Ionen im Apatit ausgetauscht. Man kann das leicht mit einerIonenaustauscherapparatur zeigen (siehe. Versuch 2). Statt eines künstlichenIonenaustauschers kann man auch kleingemahlene Zähne verwenden.In der Struktur des Apatits ist das Fluorid-Ion leicht gegen das Hydroxid-Ion an gleicherStelle austauschbar, da beide ähnlich große Ionenradien besitzen. Da das Hydroxid-Ion etwasgrößer ist, weitet es die Kristallstruktur etwas auf, wenn es gegen Fluorid Ionen ausgetauschtwird. Umgekehrt zieht sich die Kristallstruktur natürlich etwas zusammen, wenn FluoridIonen an Stelle der Hydroxid-Ionen eingebaut werden. Dadurch wird der Zahn härter undsäureresistenter. Zusätzlich wird die Bindung zwischen Mineral und Protein der Zähne fester.Darüber hinaus hindert das Fluor die Enzyme der Karies-Bakterien und sorgt damit für einegeringere Säureproduktion. Die Säureresistenz der Zähne läßt sich sehr schön mit Versuch 3zeigen. Man kann damit anschaulich zeigen, daß Zähneputzen mit fluoridhaltiger Zahnpastadie Zähne länger leben läßt.

1.3 Das Spurenelement Iodi . ~

Das Spurenelement Iod benötigen wir nur in einer täglichen Dosis von etwa 200·-300 ug. Dienormalen Nahrungsmittel enthalten jedoch nur wenige ~g an Iod und gerade das sonst sogesunde Obst und Gemüse enthält nur 0-4 ug Iod pro 100g. Auch Milchprodukte enthaltennicht mehr. Bei Fleischprodukten kommt es sehr darauf an, mit welchen Mengen Iod diefleischproduzierenden Tiere versorgt wurden. Leider ist sie in Deutschland sehr gering, so daßhier die Fleischwaren nur etwa 2 ug pro 100g enthalten. Etwas mehr enthalten Ei und Milch

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mit 10-11 ug pro 100g, aber wirklich nennenswerte Mengen enthält nur Seefisch mit etwa 190ug pro 100g. Da ist es nicht verwunderlich, wenn die täglich aufgenommene Menge an Iod inI?eutsch~and nur durchschnittlich 50-70 ug beträgt, also weit unter der empfohlenen Mengehegt. DIe Mangelerscheinungen sind jedoch nicht ungefährlich. Da ist zum einen derbekannte Kropf, der nach außen unschön ist, aber auch nach innen wachsen kann und dannLuft- und Speiseröhre abdrücken kann. Zusätzlich können sich hier auch Krebszellenausbilden. Iodmangel bei Kindern kann schwere Intelligenzminderung verursachen, die bis zueinem Iodmangelverursachten Kretinismus gehen kann, aber auch Erwachsenen sind unterIodmangel weniger leistungsfähig. Schließlich ist unter den vielen anderenMangelerscheinungen noch die gestörte Fruchtbarkeit zu nennen, aber Iodmangel ist nichtleicht zu diagnostizieren, denn Iod greift in fast alle Körperfunktionen ein, wie noch gezeigtwird.Eine Möglichkeit den Mangel auszugleichen ist die Verwendung von iodiertem Speisesalz.Mit Versuch 4 kann leicht bestimmt werden, welche Mengen an Iod in einem Grammiodiertem Speisesalz enthalten sind. Gesetzlich sind 15 - 251lg Iod pro Gramm Iodsalzvorgeschrieben. Da man jedoch nur etwa ein bis zwei Gramm zusalzen sollte, bekommt mannur etwa 20-40 ll g Iod zusätzlich über diesen Weg, wenn man nicht auch bei den anderenSpeisen auf eine Zubereitung mit Iodsalz beim Einkauf achtet. Zusätzlich gehört Fischmindestens einmal wöchentlich auf den Speiseplan, wenn man eine ausreichende Iodvorsorgegewährleisten will. Wer hier nicht mithalten kann, sollte sich eventuell überlegen, ob er nichtzusätzlich Iodtabletten aus der Apotheke zu sich nehmen sollte, denn ein gesunder Körperscheidet überschüssiges Iod leicht aus und erst bei einet Iodaufnahme im Grammbereich kannes zu toxischen Erscheinungen infolge Iodüberschusses kommen.Im Körper wird das Iod als Iodid in die Blutbahn aufgenommen und nur die Schilddrüsenimmt es von dort aktiv auf. Dieser aktive Transport von Iodid in die Schilddrüse iststeuerbar, so daß die Schilddrüse bei gutem Iodangebot so gut wie nichts aufnimmt, ihreAufnahmekapazitäten bei Iodmangel aber enorm steigern kann. Diese Tatsache kann man sichbei Reaktorunfällen zunutze machen, wenn radioaktives Iod, das aktives Schilddrüsengewebezerstören kann, leicht aufgenommen wird. Man gibt den Patienten in diesem Fall hohe Dosenan Iodid, so daß die Schilddrüse damit gesättigt ist und das radioaktive Iod so gut wie nichtaufnimmt. Auf der anderen Seite kann radioaktives Iod auch helfen Schilddrüsenoperationenzu ersetzen. Das radioaktive Iod wird dann spezifisch in überaktive Bereiche der Schilddrüsegebracht, die es inaktiviert. Schilddrüsenoperationen sind in Deutschland häufig, jedoch nichtganz ungefährlich.In der Schilddrüse wird dann das Iodid zu Iod oxidiert. Versuch 5 zeigt eine Oxidation vonIodid zu Iod mithilfe eines Oxidationsmittels. Dieses Iod wird nun für eine Iodierungsreaktionverwendet. Versuch 6 zeigt eine Iodierungsreaktion am Tyrosin, wie sie in der Schilddrüse inähnlicher Weise abläuft. Dabei wird jedoch ein Komplexsalz verwendeter, bei dem das Iodbereits in aktivierter Form, gebunden als einwertig positives Iod, vorliegt. In der Schilddrüseliegt das Tyrosin jedoch nicht frei vor, sondern als Bestandteil des Thyreoglobulins. DieTyrosylreste dieses Globulins werden einfach oder zweifach iodiert und anschließend in einerKoppelungsreaktion verknüpft. Dabei werden je zwei Diiodtyrosylreste zu einem "Thyroxin"Rest und ein Diiodtyrosyl und ein Monoiodtyrosylrest zu einem "Triiodthyronin"-Restverknüpft. Es wird etwa 20 mal mehr Thyroxin als Triiodthyronin in der Schilddrüse gebildet.In dieser Form können die Schilddrüsenhormone nun in der Schilddrüse gespeichert werden.Die Schilddrüse kann auf diese Weise eine Iodspeicher anlegen, der für zwei Monate reicht,ohne weiteres Iod zuführen zu müssen. Erst bei Hormonstimulation der Schilddrüse werdendie Schilddrüsenhormone freigegeben, indem das Thyreoglobulin in die einzelnenAminosäuren gespalten wird. Dabei wird auch nicht verkoppeltes Monoiod- und Diiodtyrosinfrei. Diese werden deiodiert und das Iod kann wieder für weitere Iodierungsreaktioneneingesetzt werden. Thyroxin und Triiodthyronin (T3) werden dann mit dem Blut in alle

3


1I

Bereiche des Körpers transportiert und gelangen schließlich in die einzelnen Zellen. Erst dortwird das Thyroxin deiodiert, denn es ist vorher noch nicht sehr wirksam. Die eigentlich aktiveForm ist das T3. Bei der Deiodierung in der Zelle werden jedoch außer dem T3 auch in etwagleichen Mengen die reverse Form, das rT3 gebildet. Dieses ist inaktiv und hat keine weitereFunktion. Das T3 greift nun in die Steuerung verschiedener Enzymsysteme ein. Dabei ist essehr vielseitig einsetzbar. Bekannt ist es vor allem für die Steuerung der Synthese vonProteinen und zwar sowohl der Transkription als auch der Translation. Aber auch der Aufbaudes Nervensystems wird wesentlich von den Schilddrüsenhormonen gesteuert. Im Endeffektwerden fast alle .bekannten Enzymsysteme auf irgend eine Weise von denSchilddrüsenhormonen beeinflußt, so daß letztendlich das Iod in alle Körperfunktionen miteingreift..

1.4 Schlußwort\ .

Vor etwa 70 Jahreri stellte der amerikanische Schilddrüsenarzt David Marine fest: "DerIodmangelkropf ist von allen bekannten Krankheiten die am leichtesten zu verhütende. Siekann von der Liste menschlicher Krankheiten gestrichen werden, sobald die Gesellschaft dieszu tun beschließt." Trotzdem gibt es immer noch die Iodmangelkrankheiten und gerade indem sonst so fortschrittlichen, industrialisierten Deutschland nehmen sie eine feste Stellungein. Die WHO hat es sich zur Aufgabe gemacht den Iodmangel auf der Welt bis zum Jahr2000 eliminiert zu haben, aber in Deutschland wird dieses Ziel wohl nicht erreicht. Ein Grundist sicherlich auch eine mangelnde Aufklärung. Solche Aufgaben sind sicherlich auch durchdie Schule zu übernehmen. Hier ist es keine Frage, daß die Schüler dabei etwas für ihr Lebenlernen. Solche Dinge sollten in der Schule viel mehr betont und von allen Seiten herunterrichtet werden, den Mangelkrankheiten aufgrund von Spurenelementmangel müssennicht sein. Sie sind mit einfachen Mitteln zu verhindern. . .

l.

4


2 Versuchsbeschreibungen

2.1 Versuch 1: Nachweis von Fluorid in Zahnpasta

Geräte: 600 ml Becherglas, Glasstab, 100 ml Erlenmeyerkolben, Trichter, Filterpapier,Reagenzglas, Reagenzglasständer

Chemikalien: Zahnpasta mit Fluorid, Salzsäure (c=2 mol/l), Eisen(III)chlorid (R: 22-38-41, S:26 Xn), Kaliumthiocyanat (R: 20/21/22-32, S: 13 Xn).

R- und S-Sätze:R 22: Gesundheitsschädlich beim VerschluckenR 20/21/22: Gesundheitsschädlich beim Einatmen, Verschlucken und Berührung mit der Haut

0. R 32: Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige GaseR 38: Reizt die HautR 41: Gefahr ernster AugenschädenS 13: Von Nahrungsmitteln, Getränken und Futtermitteln femhaltenS 26: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren

Versuchsdurchführung: In das Becherglas werden ca. 50 g Zahnpasta eingewogen und mit ca.100 ml der Salzsäure aufgeschlemmt. Nach dem es abreagiert hat, kann die füssige Phaseabfiltriert werden. Darin sollte sich das gelöste Fluorid befinden. Aus dem Eisen(III)chloridund dem Kaliumthiocyanat stellt man eine rotgefärbte Eisen(III)thiocyanatlösung her. Zudieser gibt man das Filtrat. Die Eisen(III)thiocyanatlösung sollte sich entfärben.

Reaktionsgleichung: Fe(NCS)3 + F-~ [FeF6r + 3 SCN-

Die Zusammensetzung des Eisen(III)thiocyanates ist je nach den verwendetenKonzentrationen unterschiedlich. Es können ein bis sechs Thiocyanat Ionen am Eisenangelagert sein, wobei der Rest durch Wasser aufgefüllt wird. Beim Eisen-Fluorid-Komplexgelten ähnliche Prinzipien.

Entsorgung: Das überschüssige Fluorid wird durch die Zugabe von weiterem Eisen(III)chloridkomplexiert, bis wieder der rote Eisen(III)thiocyanat-Komplex sichtbar ist. Die Lösung kanndann in die Schwermetallabfälle entsorgt werden.


2.2 Versuch 2: Ionenaustauscher

Geräte: Ionenaustauschersäule, Tropftrichter, Stativmaterial, 600 ml Erlenrneyerkolben,~agne~er,ftührfisch

. ~ . ,. . , .-,

Chemikalien: Austauscherharz Lewatit M 500, Natronlauge (c= 4 mol/l) (R : 35, S: 2-26-2737/39 C) , Natriumfluorid (ft: 25-32-36/38 , S: 22.,-36-45 T), entionisiertes Wasser, Glaswolle,Thymolblau

R- und S-Sätze:R 25: Giftig beim VerschluckenR 32: Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige GaseR 35: Verursacht schwere VerätzungenR 36/38: Reizt die Augen und die HautS 2: Darf nicht in die Hände von.Kindern gelangenS 22 : Staub nicht einatmenS 26: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultierenS 27: Beschmutzte, getränkte Kleidung sofort ausziehenS 36: Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung tragenS 37/39: Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzbrille/Gesichtsschutz tragenS 45: Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt zuziehen (wenn möglich dieses Etikettvorzeigen)

Versuchsdurchfiihrung: Die Ionenaustauschersäule wird am Stativmaterial befestigt AmAusfluß wird ein Hahn befestigt. Zunächst wird etwas Glaswolle unten in dieIonenaustauschersäule gelegt und dann wird die Säule mit dem Austauscherharz etwa bis 5cm unter den Rand befiillt. Man sollte darauf achten, daß keine Luftblasen in der Säuleeingeschlossen werden und die Säule nicht trocken fällt. Zur Regeneration gibt man nun etwa150 ml der Natronlauge auf die Säule, fängt es in einem Erlenrneyerkolben auf und spült mitentionisiertem Wasser solange nach, bis der Ausfluß eine neutrale Reaktion zeigt. Nun gibtman eine neutrale Lösung von Natriumfluorid auf die Säule, fängt den Ausfluß auf und spültmit Wasser nach. In den Erlenrneyerkolben, der den Ausfluß auffängt, gibt man noch etwasThymolblau als Indikator und rührt das Ganze mit Rührfisch und Magnetrührer, Die zunächst.gelbe Indikatorfarbe sollte nach blau umschlagen.

Reaktionsgleichungen: G ::::; Grundgerüst K=organisch gebundenes Kation

Entsorgung: Der Ausfluß wird neutralisiert und in die Kanalisation entsorgt. DerIonenaustauscher wird nochmals mit 4 molarer Natronlauge regeneriert, siehe oben.


2.3 Versuch 3: Säureresistenz von Zähnen

Geräte: 4 Bechergläser, Zange

Chemikalien: 2 Schweinezähne, Natronlauge (c= 2 mol/l) (R: 35, S: 2-26-27-37/38 C),Natriumfluorid-Lösung (c= 2 mol/l) (R: 25-32-36/38, S: 22-36-45 T), Salzsäure (konz.) (R34-37, S: 2-26 C)

R- und S-Sätze:R 25: Giftig beim VerschluckenR 32: Entwickelt bei Berührung mit Säure sehr giftige GaseR 34: Verursacht VerätzungenR 35: Verursacht schwere VerätzungenR 36/38: Reizt die Augen und die HautR 37: Reizt die AtmungsorganeS 2: Darf nicht in die Hände von Kindern gelangenS 22: Staub nicht einatmenS 26: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultierenS 27: Beschmutzte, getränkte Kleidung sofort ausziehenS 36: Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung tragenS 37/39: Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzbrille/Gesichtsschutz tragenS 45: Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt zuziehen (wenn möglich dieses Etikettvorzeigen)

Versuchsdurchführung: Die Schweinezähne werden inje ein Becherglas gelegt. In das eineBecherglas wird Natronlauge, in das andere Natriumfluorid-Lösung gefüllt, bis die Zähne gutbedeckt sind. Der Ansatz wird einige Tage stehen gelassen. Dann werden die Zähne mit derZange vorsichtig herausgeholt, mit Wasser abgespült und jedes in ein Becherglas mitkonzentrierter Salzsäure gelegt, so daß die Zähne wiederum gut bedeckt sind.

Reaktionsgleichung:

Austauscherprozeß:Cas[(OH)(P04)3] + P- ~ Cas[F(P04)3] + OH-

Lösungsprozeß: . .Cas[(OH)(P04h] + 7 H30+~ 5 Ca2+ + 7 H20 + 3 H2P04Cas[P(P04)3] + 6 H30+~ 5 Ca2+ + 6 H20 + 3 H2P04- + P-

Entsorgung: Natronlauge und Salzsäure werden neutralisiert und in die Kanalisation entsorgt.Die Zähne kommen in den Hausmüll.

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2.4 Versuch 4: Quantitativer Nachweis von Iod in Speisesalz .

Geräte: Photometer, Filter 560 nm, Küvetten, 50 ml Meßkolben, Pipetten

Chemikalien: iodiertes Speisesalz, Kaliumiodid (p.A.), Schwefelsäure (c= 3 mol/I) (R: 35, S:2-26-30 C), Stärke (w= 0,01), entionisiertes Wasser, Kaliumiodat (p.A.) (R: 8, S: 17)

R- und S-Sätze:R 8: Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren StoffenR 35: Verursacht schwere VerätzungenS 2: Darf nicht in die Hände von Kindern gelangenS 17: Von brennbaren Stoffen fernhaltenS 26: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultierenS 30: Niemals Wasser hinzugießen

Versuchsdurchführung: Zunächst muß eine Kalibriergerade erstellt werden. Dazu werden 50 <:.

mg Kaliumjodat in einen 11 Meßkolben eingewogen und mit entionisiertem Wasser bis zur.Marke aufgefüllt. Davon werden nun 10 ml abgenommen, in einen 100 ml Meßkolbenüberfuhrt und nochmals bis zu Marke aufgefüllt. Von der nun entstandenen Lösung werdenProben von 2 ml, 3 ml, 4 ml, 5 ml, 6 ml und 8 ml inje einen 50ml Meßkolben abgenommen.:Die Proben werden mit je 5 ml der Schwefelsäure angesäuert, mit 5 ml einer Kaliumjodid-Lösung (w= 0,1) versetzt und schließlich mit 1 ml der Stärkelösung angefärbt. Die Probenwerden bis zur Marke aufgefüllt und gegen einen Blindwert, der als Probelösung ,entionisiertes Wasser hatte (dann mit Schwefelsäure, Kaliumiodid und Stärke versetzt wurde),gemessen. Diese Kalibriergerade geht nicht durch denNullpunkt, da das überschüssige Kaliumiodid mit dem Luftsauerstoff zu Iod oxidiert wird. Man kann eine zweite Gerade zurKalibriergeraden parallelverschoben durch den Nullpunkt ziehen. Der wahre Wert der Probeliegt dann mit hoher Wahrscheinlichkeit zwischen den beiden Geraden. " '.In einen 50 ml Meßkolbenwird nun ein Gramm Speisesalz eingewogen und mit etwasentionisertem Wasser gelöst.dannmit 5 ml Schwefelsäure, 5 ml Kaliumiodid-Lösung und 1ml Stärke versetzt und ebenfall gegen den Blindwert (der gleichzeitig mit der Probenlösungangesetzt werden muß), gemessen. Die gemessene Extinktion kann in das Kalibrierdiagrammübertragen und dort der Gehalt der Probe abgelesen werden.Sobald man die Reaktionslösungen zu den Proben gegeben hat, muß die Messung zügig

;, erfolgen, da sonst die Oxidation des Kaliumiodid bereits zu weit fortgeschritten ist.

Reaktionsgleichung: +5 -1 ±o103- + r + H30+ ~ h + H20

,:', '

Entsorgung: Das Iod wird mit Thiosulfat reduziert, die Lösung neutralisiert und dann derKanalisation übergeben.

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2.5 Versuch 5: Oxidation von Iodid

Geräte: Reagenzglas und Stopfen

Chemikalien: Kaliumiodid, Kaliumnitrit (R: 8-25, S: 45 T), Schwefelsäure (c = 2 mol/l) (R:35, S: 2-26-30 C), n-Octan (R: 11, S: 9-16-29-33 F)

R- und S-Sätze:R 8: Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren StoffenR 11: LeichtentzündlichR 25: Giftig beim VerschluckenR 35: Verursacht schwere VerätzungenS 2: Darfnicht in die Hände von Kindern gelangenS 9: Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahrenS 16: Von Zündquellen fernhalten - Nicht rauchenS 26: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultierenS 29: Nicht in die Kanalisation gelangen lassenS 30: Niemals Wasser hinzugießenS 33: Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladungen treffenS 45: Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt zuziehen (wenn möglich dieses Etikettvorzeigen)

Versuchsdurchfiihrung: Zu einer Kaliumiodid-Lösung gibt man einige Tropen Schwefelsäureund eine Kaliumnitrit-Lösung. Das Iod kann dann mit Octan ausgeschüttelt werden.

Reaktionsgleichung: -1 +3 ±O +2r + N02- + H30+~ 12+ NO + H20NO + O2 b:=; N02

hCaq) ~ hCOctan)

Entsorgung: organische Lösemittelabfälle

2.6 Versuch 6: lodierung von Tyrosin

Geräte: 2 Reagenzgläser, Kapillare, DC-Kammer, Fön

Chemikalien: Tyrosin, Silbemitrat (R: 34, S: 2·26 C), Pyridin (R: 11-20/21/22, S: 26-28,Xn,F), Chloroform (R: 22-38-40-48/20/22, S: 36/37 x», Xi), Iod (R: 20/21, S: 23-25, Xn),Diethylether (R: 12-19, S: 9-16-29-33, F+), De-Karte, Laufmittel: Butanol:Eisessig:Wasser =10: 1:1 (Butanol: R: 10-20, S: 16, Xn, Eisessig: R: 10-35, S: 2-23-26, C), Ninhydrin (R: 11, S:7-16 F), Salzsäure (c = 2 mol/I)

9


, 1 ". . .~

R- und S-Sätze:RIO: EntzündlichR 11: LeichtentzündlichR 12: HochentzündlichR 19: Kann explosionsfähige Peroxide bildenR 20: Gesundheitsschädlich beim EinatmenR 20/22: Gesundheitsschädlich beim Einatmen und VerschluckenR 20/21: Gesundheitsschädlich beim Einatmen und bei Berührung mit der HautR 20/21/22: Gesundheitsschädlich beim Einatmen, Verschlucken und Berührung mit der HautR 34: Verursacht VerätzungenR 35: Verursacht schwere VerätzungenR 38: Reizt die HautR 40: Irreversibler Schaden möglichR 48: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer ExpositionS 2: Darf nicht in die Hände von Kindern gelangenS 7: Behälter dicht geschlossen haltenS 9: Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahrenS 16: Von Zündquellen femhalten - Nicht rauchen .S 23: Gas/Rauch/Dampf/Aerosol nicht einatmenS 25: Berührung mit den Augen vermeidenS 26: Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultierenS 28: Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel WasserS 29: Nicht in die Kanalisation gelangen lassenS 33: Maßnahmen gegen elektrostatische Aufladungen treffenS 36/37: Bei der Arbeit geeignete Schutzhandschuhe und Schutzkleidung tragen

Versuchsdurchführung: Zunächst wird das Komplexsalz hergestellt. Dazu löst man unter .Erwärmen 8,5 g Silbernitrat in 10 ml Pyridin und löst nach dem Erkalten in 50 mlChloroform. Die Lösung versetzt man mit 13 g Iod unter Rühren bis zur vollständigenUmsetzung und filtriert vom ausgefallenen Silberiodid ab. Dann gießt man die Lösung in 87,5ml Diethylether, wobei das Komplexsalz in kristalliner Form ausfällt. Es wird trocken gesaugtund im Vakuumexsiccator getrocknet. Man erhält etwa 15 gKomplexsalz. Das Tyrosin wirdin Salzsäure gelöst, weil es durch die Salzsäure protoniert wird und dadurch leicht löslichwird. Zu einem Teil der Lösung gibt man nun das Komplexsalz und läßt es reagieren. Zurvollständigen Reaktion benötigt es ca. einen Tag. Um alle Zwischenstufen gut zu erhalten isteine Reaktionszeit von ca. 40 Minuten angebracht. Nun trägt man auf die DC-Karte einmaldie reine Tyrosin- Lösung und zum anderen die Reaktionslösung auf. Man läßt dieChromatographie etwa 13/4 Stunden laufen. Anschließend läßt man die DC-Karte trocknen,besprüht mit Ninhydrin zum Anfärben der Aminosäuren und trcknet nochmals intensiv mitdem Fön. Man erkennt die beiden Tyrosin-Flecken, die auf gleicher Höhe und in gleicherFärbung zu erkennen sein sollten. Darüber liegt der oft etwas dünn erkennbare Fleck vonMonoiodtyrosin und darüber der kräftiger gefärbte Fleck von Diiodtyrosin.

Reaktionsgleichung: siehe Folie 15 und 16

Entsorgung: organische Lösemittelabfälle


Fluor und Iod als Spurenelemente Folie 1

Uns geht's Jod

.~JIII Ärbeitskreis~ Jodmangel

...... ..

unicef~iJ


Fluor und Iod als Spurenelemente

Spurenelemente

Folie 2

- wichtig und notwendig für die normalen Körperfunktionen

- ' nur in "Spuren" benötigt "" ":.(z.B. im MiIIi- oder Mikrogrammbereich) --' ..

! \ '\

- oft schmaler Grad zwischen Mangel und·,überdOSierung)- Beispiele: Eisen, Kupfer, Zink, Chrom, Selen, Calcium,/

Magnesium, Lithium, Cobalt, Molybdän, , Silicium, -r..Mangan

- In ionisch gelöster oder komplexgebundener Form wirksam



Fluor

Vorkommen im Menschen (Römpp 1995):

Folie 3

- Knochen- Dentin- Zahnschmelz

(0,9 - 2,7 g/kg)(0,2 - 0,7 g/kg)(0,1 - 0,3 g/kg)

- Blut, Magensaft und Schweiß- Haare, Haut und Muskeln

Vorkommen in Nahrungsmitteln (www.hi-tec.de):

TeeblätterWalnüsseSeefischeButter, Ei, Leber

8,5 mg/100g0,7 mg/100g0,1-05 mg/100g0,1 mg/100g

Empfohlene Zufuhr: 1,5 - 4 mglTag für Erwachsene (DGE)

, r<; Tägliche Aufname: 0 0,3-0,7 mglTag (WHO)

Symptome bei Mangel:

- Wachstumsverringerung- Karies- Osteoporose



Versuch 1:Nachweis von Fluorid

Folie 4

Fe(SCN)3 + 6 F-

farbloser Komplex

; t I

\.'J


Trinkwasser


Fluorversorgung

Folie 5

Probleme:- Spanne zwischen empfohlener und toxischer Menge gering

Empfohlen: 1 ppm (WHO)Toxisch: 2 ppm (WHO)

- Fluorid im Abwasser (Bundesregierung)- "Entsorgung" des Fluorids

Speisesalz

Problem:- freiwillige Maßnahme

Zahnpasta

("\ Problem:- benutzerdifferierende Anwendung


, Fluor und Iod als Spurenelemente

Versuch 2:;:Ionenaustauscher

G =organisches Grundgerüst $

K =organisch gebundenes Kation z.B.: -N(CH 3)3

Folie 6

H20 H20

0 F-

JH20

Na+H20

H20

H20 HO2



Kristallstruktur von Apatit

Folie 7

B,

.. .. , ~

0 calcium

e f1uorine

e phosphorus

0 oxygen.. 8, •



Versuch 3: 'Säureresistenz von Zähnen

Austauscherprozeß:

Lösungsprozeß:

Ca5[(OH)(P04)3] + 7 H30+~ 5 Ca2+ + 7 H20 + 3 H2P04

Ca5[F(P0 4)3] + 6 H30 +~ 5 Ca2+ + 6 H20 + 3 H2P04- + F-



Iod

Tagesbedarf Iod: 200~g (WHO)

1QQgehalt ausgewählter Lebensmittel in bl9/100g(Arbeit und Technik in der Schule, 7 1996)

Obst und Gemüse: 0-4 ~g

Fleischwaren: 2 ~g

Milchprodukte: 4 IJQEi: 10IJgMilch: 11 IJgFischfilet: 190 ~g

Tägliche Aufnahme: 0 50-70 IJg (WHO)

..~.,

Folie 9



Mangelerscheinungen

- Kropf

Folie 10

- Verminderte Intelligenz

- Gestörte Fruchtbarkeit



Versuch 4:Bestimmung von Iodat in Speisesalz

+5 -1 ±O

103- + 5 r + 6 H30+ ~ 12 + 9 H20

Nachweis: lod-Stärke-Reaktion

Speisesalz: mindestens 0,0025%) Kaliumiodatr"\ 25~g Kaliumiodat in 19 Speisesalz

14,8~g Iod in 19 Speisesalz

Folie 11

Gesetzliche Vorgaben: 15 ~g - 25 ~g Iod pro Gramm lodsalz

"'; . ... ., - . _ ..



,," t.

._~

0,500 0,600

Extinktion0,4000,3000,2000,100

1-- -I--- \---f- 1---1---1--- I-I---f-- I I---i---

- --\--- I---\--- I-I---1---1--- -\---1-----

I

V-- I-I-- - t--t I-\---\--- \---\--- 1-\---1- I-I--- -f- )~ 1---1---1-- I\--- f---f-

I i

-\---f- f--I---f-- I t-\--- I---f- I---l---I-- 111-- /

V1/

I / V1 1/

I I '//

/IX

1/ /

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1// V

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/iX..vV I--f- V f---f---i--- -\---- -- - - 1----

1// V

/-

//

v1/

,/ v/ '/

I 1/~ /

I-i---l/lL f---I-- I--+-t- t- -~-\--- 1_ I-f--- I---I---f--V.I v

1/ L

//

f-1---1--1---17

- gesetzlich vorgeschriebener Gehalt

5

o

20

15

25

10

Kalibriergerade zur photometrischen Bestimmung von Iod

IJg Iod in19lodsalz

30



Aufnahme von Iodid

In die Schilddrüse:

aktiver Transport- spezifisch- sättigbar- hemmbar

r>. radioaktives Iod:

- wandelt aktives Gewebe in inaktives Gewebe um- ' kann Operation ersetzen

Folie 13

v



i Versuch 5:Oxidation von Iodid

t

Folie 14

-1 +3 ±O +2 ' . . .

2 r + 4 H30+ + 2 N02- ~ 12 + 2 NO/' + 6 H20 .

+2 ±O +4 -2

Löslichkeit:' . '

, ; ,

. .: ' . ' .... ,

J2(aq.)



Versuch 6 - 1. Teil:Auflösung des Tyrosins

! '

Folie 15

r>.I

~', "

• f

! -; ~j' l,r

. . , ~


, ~ ,

Fluor und Iod als Spurenelemente. . .. " ~

Folie 16

,i'i il

, ' Versuch 6 - 2. Teil:I

; lodierunq des Tyrosins

~ i

\, ;

. ,

t t'Komplexsalz:

- positives, einwertiges Iod

- zweibindig an Pyridin gebunden

- Hydrolysiert leicht, wobei Iod frei wird

\'

Elektrophile Substitution am Aromaten:

--0- /NH2

HO ~ /; CH2-CH _ + [1(Pyr)2]N03

"'C-OH~ -

10

/NH 2

HO CH2-CH + [H(Pyr)]N03 + Pyr"'C-OH~ -

Monoiodtyrosin (MJT) 10

HO

/NH 2

HO CH2-CH

"'C-OH~ -

10Diiodtyrosin (DJT)

+ [H(Pyr)]N03 + Pyr



Bildung von Thyroxin

Thyreoglobulin

Folie 17

.r'- -,.. :''' < .

"CH "CHI I

CH2 CH2I I

luYW luYllllOH IOH-

Diiodtyrosyl Diiodtyrosyl(DJT) (DJT)

~ /Koppelungsreaktion

"CHI

CH2

o'~UJ

101

"Thyroxin"

" / " /CH CHI I

CH2 CH2I I

luYW1nOlOH lOH- -

Diiodtyrosyl Monoiodtyrosyl(DJT) (MJT)~ ' :/ .

Koppelungsreaktion

"CHI

CH2I

luYW101

~

I11 ~

lOH

"Triiodthyronin"(T3)



Abgabe von Thyroxin

- Hormon-Stimulation der Schilddrüse

- Abbau des Thyreoglobulins, dabeiFreisetzung von Thyroxin, T3, MJT und DJT

Folie 18

- Recycling des Iod durch Dejodierung von MJT und DJT

- Transport von Thyroxin und T3 mit dem Blut

- Dejodierung des Thyroxin in den Zellen

lOH

Triiodthyronin (T3)

aktivThyroxin

reversesTriiodthyronin (rT3)

inaktiv



Wirkung des Thyroxin

Thyroxin: gering wirksam- T3: aktiv

. .. .. rT3: inaktiv ' . . , j ... .

Wirkungsweise: .

- vielfältigRegulator der Synthese von Proteinen

- Beeinflußt fast alle bekannten Enzymsysteme

Folie 19

-, ;,.



Schlußwort

David Marine (amerikanischer Schilddrüsenarzt):

Folie 20

Der lodmangelkropf ist von allen bekannten Krankheiten die amleichtesten zu verhütende. Sie kann von der Liste dermenschlichen Krankheiten gestrichen werden, sobald dieGccellschaft dies zu tun beschließt.


Hinweis Bei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll ... · Teeblätter (8,5mg/lOOg),...

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