Исследовательский проект на тему: «Определение содержания цианидов в семенах съедобных растений»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №2

с. Арзгир Арзгирского района

Экологический проект

на тему:

«Определение содержания цианидов

в семенах съедобных растений»

Работа ученика 11 класса

Сологуба Владимира

Руководитель: учитель биологии

Сологуб Е.В.

Арзгир

2015

Содержание

Стр.

Введение………………………………………………………………………………………....3

Обзор литературы…………………………………………………………………………..4

Место, материал и методика………………………………………………………..…..5-7

2.1. Методика приготовления бензидинового тест-реактива

2.2. Методика приготовления фитообразцов и определения цианидов

2.3. Качественное определение цианидов

2.4. Количественное определение цианидов

Результаты исследования………………………………………………............................8

Выводы………………………………………………………………………………….…10

Литература………………………………………………………………………………....11

Приложение………………………………………………………………………………..12

Введение

Значительная доля пищевого рациона человека – съедобные и лекарствен­ные растения. Они служат источниками не только белков и углеводов, но и важ­нейших биологически активных соедине­ний – витаминов, микро­элементов, органических кислот, природ­ных антиоксидантов, а кроме того – ядов и токсинов.

Практически каждый день мы едим продукты, произведенные из растений, содержащих смертельные яды. И многие из нас считают, что не может быть ничего полезнее фруктов и овощей, но мы порой не подозреваем о скрытой угрозе, которая в них таится. Конечно, чаще всего нам не стоит беспокоиться, но были случаи, когда люди случайно убивали себя, съедая ядовитую часть растения или плода. Например,

горький миндаль – это сухой плод, который обладает уникальным вкусом, является одним из самых популярных ингредиентов в приготовлении десертов и содержит ядовитыйцианид; его обычно обрабатывают, чтобы удалить яд;

вишня, а также абрикос, персик и слива содержат в своих косточках цианид; если разгрызть, прожевать или как-то по-другому повредить косточку, то вы подвергаете себя воздействию цианистого водорода.

Конечно, если вы проглотите несколько косточек, ничего страшного не случится, так как наш организм может справиться с определенным количеством цианида, но в большом количестве это может быть опасно.

Симптомы легкого отравления включают в себя головную боль, головокружение, дезориентацию, тревожность и рвоту. В больших дозах это может привести к трудностям с дыханием, повышению кровяного давления и сердечного ритма и почечной недостаточности, вплоть до смертельного исхода.

Расширяющийся ассортимент продук­тов питания, зачастую импортного производства, использование новых синте­тических продуктов и пищевых добавок, наконец, экологическая обстановка тре­буют от потребителей этой продукции умения разбираться в некоторых элемен­тарных химических вопросах, способнос­ти применять эти знания в повседневной жизни.

Цель работы – определить содержание циа­нидов в семенах съедобных растений раз­личных семейств (розоцветные, бобовые, злаковые и др.).

Задачи

изучить литературу по теме исследования;

провести опыты, сделать расчеты, сравнить полученные результаты с литературными источниками;

сделать вывод содержание циа­нидов в семенах съедобных растений.

1.Обзор литературы

Среди азотсодержащих токсинов расте­ний выделяют не менее шести классов (приложение.1). Из таблицы видно, что среди азотосодержащих токсинов растений выделяются цианогенные гликозиды.

Цианиды – это собирательное название некоторых классов химических соедине­ний, как органических, так и неорганичес­ких. Все они содержат цианогруппу –C=N. Неорганические цианиды можно рассмат­ривать как производные циана (CN)₂ или соли цианистоводородной кислоты HCN. Органические цианиды часто носят на­звание нитрилов, считаясь производными соответствующих органических кислот (к примеру, метилцианид, он же ацетонитрилCH₃CN – нитрил уксусной кислоты). Быва­ют и более сложные органические вещест­ва, содержащие цианогруппу, например витамин В₁₂.

Из последнего примера понятно, что не все цианиды – яды. Само по себе нали­чие цианогруппы в молекуле вещества еще не смертельно. Ядовито лишь вещество, содержащее реакционноспособную циа­ногруппу. Обычно она связана с молекулой не очень прочно. Такая цианогруппа в определен­ных условиях высвобождается и участвует в биохимических процессах, протекающих в организме.

Среди широко распространенных ци­анидов настоящих ядов сравнительно немного, но, как правило, цианидами называют именно их. Это растворимые цианиды щелочных металлов (калия и на­трия), свободный цианистый водород (си­нильная кислота), дициан, галоидоцианы и некоторые другие производные. А вот известные своей светостойкостью синие краски «берлинская лазурь» и «турнбулева синь», представляющие собой цианидные комплексы железа, абсолютно безвредны (приложение 2).

Часто считают, что цианиды убивают, связывая гемоглобиновое железо и, таким образом, лишая кровь способности перено­сить кислород. Это не так. На самом деле, отравляющее действие цианидов основа­но на блокировании ферментов тканевого дыхания. Кровь человека, отравленного цианидами, даже венозная, насыщена кис­лородом до предела и имеет характерный ярко-алый цвет. Однако при этом ткани теряют способность усваивать кислород, переносимый кровью, и наступает гибель от удушья.

Удивительный факт: синильная кислота HCN, один из самых сильных ядов, широ­ко распространена в растительных и жи­вотных тканях. Цианогенез – способность растений синтезировать соединения (циаогенные гликозиды), при гидролизе выделяющие синильную кислоту или цианистый водород HCN. Эти вещества могут оказы­вать на организм не только прямое, но и побочное вредное влияние. Оно приводит к изменению кишечной микрофлоры (дисбактериозам), аллергическим проявлениям, пищевым отравлениям.

2.Материалы и методы исследования

Принцип метода обнаружения цианид– и роданид – ионов основан на том, что при действии солей меди на цианиды и роданиды в присутствии бензидина (4,4'-дифениламина) появляется синяя окраска. Это не единственный возможный метод исследования. Так, определение роданид–ионов, по Н.А.Тананаеву, основано на том, что при взаимодействии хлорида железа с роданидами щелочных металлов образуется роданид железа красного цвета. Циановодород определяется в качественных реак­циях, разработанных Ф.Файглем (1933) и Н.А.Тананаевым (1954).

При действии солей меди на цианиды (CN^–) и роданиды (SCN^–) в присутствии бензидина (4,4'–дифениламина) появляется синяя окраска:

2Cu⁺ + 4CN^– → 2CuСN + (CN)₂

(Эта группа способна окислять бензидин)

Цианистый водород в ходе реакции мож­но получить действием на цианид гидрокар­боната натрия:

CN^–+HСО₃ → СО3 ^2–+HCN

Открытие роданид-иона можно свести к открытию цианид-иона, основываясь на реакции:

3 SCN^– + 6 МnО₄^– + 12 ОН^– = 3CN^–+ 3SO₄^2–+ 5Mn⁺² + 6H₂O

При комнатной температуре реакция со­вершается моментально.

Открытие роданид-иона можно провести и безотносительно к цианид-иону. Реакция основана на образовании роданида железа (красного цвета) Fe(SCN)₃ при взаимодейст­вии хлорида железа с роданидами щелоч­ных металлов. Образование кристаллов темно-красного цвета используется для обнаружения и фотометрического опреде­ления железа.

Методика приготовления бензидинового тест-реактива

Бензидиновая реакция отличается от большинства реакций органических соеди­нений, в которых изменение претерпевает лишь определенная функциональная группа или часть молекулы, а основной углеродный скелет остается без изменений. При синте­зе бензидина обычно исходят из нитробен­зола, восстанавливая который, получают гидразобензол. Последний под действием кислот перегруппировывается в бензидин. Эта перегруппировка была открыта Н.Н.Зининым в 1845 г. Им же впервые был получен бензидин.

Гидразобензол легко получается при восстановлении нитробензола цинковой пылью в щелочной среде:

2C₆H₅–NO₂ + 5Zn + 5NaOH + Н₂О → C₆H₅–NH–NH–C₆H₅ + 5NaHZnO₂

Перегруппировка гидразобензола в бен­зидин может быть представлена следующим уравнением:

Раствор А. Насыщенный раствор бензи­дина в ледяной уксусной кислоте разбавля­ют дистиллированной водой в соотноше­нии 1:1.

Раствор В. Готовят 29-процентный рас­твор ацетата меди. Оба раствора устойчи­вы, их хранят в посуде темного стекла.

Тест-реактив. Смешивают растворы А и Б в соотношении 1:1. Раствор хранят в посуде темного стекла не более недели.

Б
ензидин — вторичный амин, в результате окисления которого образуется соединение синего цвета. Схема окисления бензидина выглядит следующим образом:

бензидин

(бесцветный)

соединение синего цвета

соединение коричневого цвета

Методика приготовления фитообразцов и определения цианидов

Навеску семян (10,0 г) взвешивают на элек­тронных весах и переносят в фарфоровую ступку. Семена измельчают скальпелем, за­тем добавляют небольшую порцию (5–10 мл) дистиллированной воды и тщательно рас­тирают пестиком. Полученную кашицу пе­реносят в пробирку, добавляют дистилли­рованную воду до конечного объема 50 мл, хорошо перемешивают и фильтруют экс­тракт через бумажный фильтр.

В некоторых вариантах опытов исполь­зут набухшие семена (мак, лимонник, виноград). Для этого семена предваритель­но смачивают водой и выдерживают в чашке Петри 24 ч. Затем фотоматериал обрабаты­вали так же, как и сухие образцы.

Качественное определение цианидов

1. Контрольная проба с роданидом калия. Поместить в стеклянный бюкс или пробир­ку несколько кристалликов роданида калия, добавить 5 мл дистиллированной воды, хо­рошо перемешать.

2. Поместить бюкс (пробирку) на горя­чую водяную баню, добавить на кончике стеклянной палочки питьевую соду (гид­рокарбонат натрия) и сразу накрыть бюкс фильтром, смоченным содной стороны бензидиновым реактивом, с другой – хлоридом железа. Можно использовать два разных фильтра, смоченных по отдельности раз­ными тест-реактивами. Если реакция прово­дится в пробирке, тест-реактивы добавляют в объеме 5-8 капель и закрывают пробирку пробкой. В первом случае на фильтре (или в пробирке) появляется синее окрашивание, во втором – ржаво-красное.

Количественное определение цианидов

К 10 мл экстракта добавить 2 мл бензидинового реактива и 0,5 мл насыщенного раствора гидрокарбоната натрия. Пробирки поместить на водяную баню и держать до по­явления голубой окраски. Аналогичные опе­рации провести с различными фитообразцами – семенами мака, лимонника, винограда, финика, мандарина, сливы, яблока, нута, фасоли. Затем пробирки охладить. Пробы фотоко-лориметрировать при 540 нм в кюветах с рабочей шириной 10 мм. Для построения калибровочной кривой приготовить раствор роданида калияKSCN в диапазоне концент­раций 0,34–9,10 ммоль/л (рис.1).

Р
ис. 1. Калибровочная кривая для определения кон­центрации цианид-ионов в экстрактах семян плодо­вых растений

3. Результаты исследования

Результаты определения содержания циа­нид-ионов в сухих и набухших семенах были аналогичными (рис.2).

В обоих вариантах опыта минимальным содержанием цианидов характеризовались семена лимонника, максимальным — виног­рада. При этом соотношение между концен­трацией цианидов в сухих семенах мака, лимонника и винограда составило 2,4:1:3,8, а в набухших– 2,5:1:4,8, соответственно, т.е. оставалось практически неизменным. Поскольку в задачи исследования входило сопоставление содержания цианид-ионов в различных фитообразцах, в дальнейших опытах использовался сухой биоматериал.

Рис. 2. Содержание цианидов в сухих и набухших се­менах

Абсолютный лидер по содержанию циа­нид-ионов — семена горького миндаля (рис.3), что согласуется с литературными данными. В семенах других представителей розоцветных содержание цианидов было в 3 - 5,6 раз ниже. Минимальное содержание цианидов в этой группе плодовых растений выявлено у сливы (в 5,6 раз ниже, чем у миндаля).

Рис. 3. Содержание цианидов в семенах плодов ро­зоцветных растений

Полученные результаты показали, что содержание цианидов в семенах бобовых растений, произрастающих на территории Ставропольского края, велики (рис.4). Найденные величины были в 10-100 раз выше аналогичных величин, характерных для бобовых растений северных ареалов. По-видимому, это связано с тем, что растения, обитающие в теплых регионах, в большей степени под­вержены уничтожению при выпасе сель­скохозяйственных животных. Поэтому в ходе эволюции у них выработались биохи­мические адаптации, защищающие вид от выедания. Подобной адаптацией является синтез высоких количеств цианидов в виде цианогенных гликозидов.

Рис. 4. Содержание цианидов в семенах бобовых рас­тений

В Ставропольском крае климат характе­ризуется коротким холодным периодом года, поэтому здесь растения нуждаются в дополнительной биохимической защите от травоядных. Этим можно объяснить то, что содержание цианидов в семенах бобовых примерно в 5 раз выше, чем у розоцветных, и в 15 раз ниже, чем у горького миндаля.

По результатам анализа остальные рас­тения были разделены на две группы. К первой отнесли мандарин (сем. Цитрусовые), финик (сем. Фениксовые). Содержание цианидов в семенах этих растений характеризова­лось низкими значениями (порядка 0,200 ммоль/л), сопоставимыми с аналогичной величиной у бобовых. Ко второй группе были отнесены мак (сем Маковые), лимонник­ (сем. Бадьяновые) и виноград (сем. Крушиновые). Содержание цианидов в семенах этих растений было гораздо выше (рис.5).

Рис. 5. Содержание цианидов в семенах растений раз­личных семейств

По сравнению с семенами финика, в лимоннике цианидов больше в 2 раза, в маке — в 7 раз, в винограде — в 14 раз, т.е. по содержанию цианидов семена винограда приближаются к горькому миндалю.

4. Выводы

Таким образом, результаты исследования показали:

для определения цианидов в раститель­ном материале допустимо использование сухих, а не набухших семян;

среди растений семейства розоцветных по содержанию цианидов лидируют семена горького миндаля, по сравнению с которым этот показатель ниже в семенах яблока и вишни — в 3 раза, сливы — в 5,6 раз;

содержание цианидов в семенах горо­ха, фасоли и бобов примерно в 5 раз ниже, чем у розоцветных, и в 15 раз ниже, чем у горького миндаля;

низкое содержание цианидов в семенах сибирских бобовых растений по сравнению с европейскими аналогами можно объяснить тем, что из-за длительного холодного периода года растения не нуждаются в дополнительной биохимической защите от травоядных.

5.Литература:

Алексеев Ю.Е. Травянистые растения. Биоло­гия и охрана. - М.: Агропромиздат, 1988. Медведев П.Ф.,Сметанникова А.И. Кор­мовые растения европейской части СССР. Спра­вочник. - Л.: Колос, 1981.

Биология в школе, 2007, № 1, Научно-методический журнал.

Полюдек-Фабини П., Бейрих А. Органи­ческий анализ. - Л., 1981.

Харборн Дж. Введение в экологическую химию. - М.: Мир, 1985.

Химия и жизнь (Солтерсовская химия). - М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 1997. - Т. 1.

Электронная энциклопедия «Кругосвет»: Гликозиды // Материалы сайтаhttp://krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/GLIKOZIDI.html

Энциклопедический словарь лекарственных расте­ний // Материалы сайта http://www.dicdic.ru/elr

Цианиды // Материалы сайта https://ru.wikipedia.org/wiki/%D6%E8%E0%ED%E8%E4%FB

Цианиды и их влияние на организм человека // Материалы сайтаhttp://ria.ru/documents/20111102/478463442.html

10 ядовитых фруктов и овощей, которые мы едим каждый день. // Материалы сайта http://www.infoniac.ru/news/10-yadovityh-fruktov-i-ovoshei-kotorye-my-edim-kazhdyi-den.html

Приложение 1

Таблица 1. Некоторые азотсодержащие токсины растений

Приложение 2

Таблица 2. Ядовитые и безвредные цианидсодержащие соединения

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/206700-issledovatelskij-proekt-na-temu-opredelenie-s