元素

78 铂 首饰与抗癌药的元素

本文作者:漂泊

铂是一种稀有的贵金属元素,由于其稀有的储量以及闪亮的光泽,它被广泛用于制造珠宝和首饰,被称为白金。此外,铂也是一类重要的贵金属催化剂,如铂黑、铂铑合金催化剂等等。顺铂、卡铂等铂的络合物则是重要的抗癌药,在医疗领域扮演者重要的角色。

铂的基本物理性质

分类 第Ⅷ族▪金属
原子序号原子量 78 (195.05)
电子配置 5d96s1
密度 21.45 g/cm3
熔点 1768.3 oC
沸点 3825 oC
形状 银白色金属
丰度 0.001ppm(地壳)
发现者 Antonio de Ulloa,  Jorge Juan y Santacilia, William Brownrigg
主要的同位素 190Pt, 192Pt, 194Pt, 195Pt, 196Pt, 198Pt
用途例 首饰,催化剂,抗癌药
前后的元素 铱-铂-金

铂的发现

关于铂的最早记载可以追溯到1557年,意大利人类学家Julius Caesar Scaliger写到:在墨西哥与巴拿马之间有人发现了一种从未见过的贵金属。一开始西班牙人认为这种金属是金中的杂质,因此总是将其丢弃。

1735年,西班牙人Antonio de Ulloa和Jorge Juan y Santacilia在穿越哥伦比亚和秘鲁的途中,注意到土著印第安人会开采一种白色的像银一样的金属,他们把样品带回了西班牙。他们将这种新金属取名为platinum,源自西班牙文platina,意思是银。他把铂描述为不可分离且不可煅烧的金属。

1741年,英国冶金学家Charles Wood在牙买加发现了各种哥伦比亚铂的样本,他将这些样本送到William Brownrigg处进行进一步研究。

1750年,在研究了Charles Wood送给他的铂样本之后后,William Brownrigg向英国皇家学会详细介绍了这种新金属,并指明之前在任何已知矿物中都没有提及这种金属的存在。William Brownrigg还发现到铂具有极高的熔点。欧洲的其他化学家很快都开始研究铂,包括Andreas Sigismund Marggraf, Torbern Bergman,Jöns Jakob Berzelius, William Lewis和 Pierre Macquer。1752年,Henrik Scheffer发表了详细的论文来描述铂,他又将这种金属称之为“白金”,并详述了如何利用来熔融铂矿物。他发现铂比金软,但具有相似的耐腐蚀性。Carl von Sickingen于1772年制成了具可塑性的铂:他先将铂与金制成合金,溶于热王水之中,用氯化铵把铂沉淀出来,再将产生的氯铂酸铵点燃,最后把松散的铂敲打成块。

铂在地壳中含量很低,常与其他铂系元素一起分散在冲积矿床和砂积矿床的多种矿物中。独立矿物有砷铂矿、硫铂矿、锑铂矿、硫铂钯矿、硫镍钯铂矿等。还有少量以游离状态存在的自然铂。[1-4]

金属铂

白金

铂是一种非常稀有的贵金属,由于铂不易受侵蚀,且外表闪亮,所以经常被用作首饰,被称为白金。白金的白色光泽天然纯净,赋予了白金首饰独特的外观。即使每天佩戴,白金始终留有纯净如初的纯白光泽。首饰通常使用的是90%-95%的铂合金。在制表业中,不少公司也会用铂来制限量版钟表系列。铂既不会失去光泽,又不会刮损,非常适宜作钟表材料。除此之外,由于铂的冶炼提纯过程相比金更为困难,因此白金也具有比金更高的价格。

铂除了用于制作首饰,作为一种重要的金属材料,它在其他领域也有非常重要的用途。在实验室中,热重分析仪就会使用铂制的盘和支架,因为盘和支架在高温下(约1000 oC)必须要严格地保持化学惰性才能不影响探测结果。而铂的化学惰性刚好可以满足这一要求。此外,铂还可以用于制造抗腐蚀实验容器、医疗器材、电触头和热电偶等。而铂钴合金、铁铂合金则可以制成强力的永久磁体。[5-7]

白金戒指

催化剂

尽管铂具有化学惰性,但是铂同时也具有很好的催化活性。铂黑是一种非常重要的催化剂,它是金属铂的细粉末,外观呈黑色。早在19世纪早期,化学家们就开始利用铂黑催化氢的点燃反应。因为铂黑具有巨大的比表面积,可以吸附大量的气体。铂除了单独作为催化剂,也可以与其他金属组成合金作为催化剂,例如铂铑合金丝网催化剂就是目前氨氧化工程最常用的催化剂。铂-铼双金属催化剂则用于石油工业中的催化重整反应。铂催化剂在我们的生活中也非常常见。汽车的尾气催化转换器就含有铂,它主要促进废气中的低浓度未燃烧的碳氢化合物完全燃烧,减少对环境的污染。

硫化物、一氧化碳、结碳、结焦等会导致铂催化剂中毒,但可以通过烧焦、在氢气流下再生等步骤,是催化剂恢复活性。完全失活的铂催化剂也可以通过酸溶等步骤回收金属铂。

此外,在目前的研究前沿领域,“单原子催化”是一个非常热门的概念。它可以实现金属原子利用率的最大化,降低催化剂成本,特别是像铂催化剂这一类贵金属催化剂的成本。而且同时具备均相催化剂“孤立位点”、多相催化剂结构稳定、易分离的优点,拥有桥连多相催化、均相催化的巨大潜力。铂在单原子催化领域有着非常好的前景,目前已研制的铂单原子催化剂主要用于芳香硝基化合物的选择性加氢等反应。[7-9]

顺铂与卡铂

顺铂(顺二氯二氨基铂)是目前常用的一类金属铂类络合物药物,主要用于肿瘤治疗。二氯二氨基铂具有顺反两种结构,但只有顺式才有活性,反式无效。顺铂溶解后在体内无需载体转运,它可以直接通过细胞膜。由于细胞内氯离子浓度低,因此氯离子极易被水所取代,取代之后顺铂带正电荷,具有类似烷化剂双功能基团的作用,可与细胞核内DNA的碱基结合,形成三种形式的交联,造成DNA损伤,破坏DNA复制和转录,高浓度时也抑制RNA及蛋白质的合成。反铂由于空间效应没有此效果。由于癌细胞较正常细胞的增殖和合成更为迅速,癌细胞对顺铂的细胞毒性作用就更为敏感,可抑制癌细胞DNA复制过程,因此顺铂可以大量杀伤癌细胞。

顺铂具有抗癌谱广、乏氧细胞有效、作用性强等优点,已普遍用于治疗睾丸癌、卵巢癌等多种癌症,疗效显著。但顺铂用于治疗癌有一定的毒性,会引起副作用,因此需要不断寻找毒性较小而临床效果与顺铂相近的类似物。

卡铂是第二代铂类化合物药物,1986年在英国上市,其特征与顺铂相似,但肾毒性、耳毒性、神经毒性尤其是胃肠道反应明显低于顺铂。卡铂与顺铂一样同属细胞周期非特异性药物。它主要作用与DNA的鸟嘌呤的N7和O6原子上,引起DNA链间及链内交联,破坏DNA分子,阻止其螺旋解链,干扰DNA合成,从而杀死癌细胞。卡铂的药动学和顺铂有三点不同:一是血清蛋白结合率,卡铂仅24%,而顺铂在90%以上;二是可超滤的非结合型铂半衰期,卡铂为6小时,而顺铂很短,血中浓度迅速降低,三是尿排泄量,一日中尿排泄量,卡铂为6.5%,而顺铂为16%~35%,因此二者的肝脏毒性有明显差异。[10-12]

参考文献

  • [1] Donald McDonald, Leslie B. Hunt (1982). A History of Platinum and its Allied Metals. Johnson Matthey Plc. pp. 7–8. ISBN 978-0-905118-83-3.
  • [2] Weeks, M. E. (1968). Discovery of the Elements (7th ed.). Journal of Chemical Education. pp. 385–407. ISBN 978-0-8486-8579-9. OCLC 23991202.
  • [3] Dixon, Joshua; Brownrigg, William (1801). The literary life of William Brownrigg. To which are added an account of the coal mines near Whitehaven: And Observations on the means of preventing epidemic fevers. p. 52. Archived from the original on 24 March 2017.
  • [4] Watson, Wm; Brownrigg, William (1749). “Several Papers concerning a New Semi-Metal, Called Platina; Communicated to the Royal Society by Mr. Wm. Watson F. R. S”. Philosophical Transactions. 46 (491–496): 584–596. doi:10.1098/rstl.1749.0110. Archived from the original  on 21 October 2013.
  • [5] “Professional Jeweler’s Magazine Archives, issue of August 2004”. Archived from the original on 28 September 2011. Retrieved 19 June 2011.
  • [6] “Platinum”. Minerals Zone. Archived from the original on 12 October 2008. Retrieved 9 September 2008.
  • [7] Krebs, Robert E. (1998). “Platinum”. The History and Use of our Earth’s Chemical Elements. Greenwood Press. pp. 124–127. ISBN 978-0-313-30123-0.
  • [8] Petrucci, Ralph H. (2007). General Chemistry: Principles & Modern Applications (9th ed.). Prentice Hall. p. 606. ISBN 978-0-13-149330-8.
  • [9] Yang X F, Wang A, Qiao B, et al. Single-atom catalysts: a new frontier in heterogeneous catalysis[J]. Accounts of chemical research, 2013, 46(8): 1740-1748.
  • [10] Cancer Chemotherapy Reports, Part (Washington, DC) V.52(6)-59, 1968- For publisher information, see CTRRDO. : 57,191,1973
  • [11] apanese Journal of Medicine. (Nankodo Co., Ltd., POB 5272, Tokyo International 100-31, Japan) V.1-30, 1962-1 For publisher information, see IEDIEP. : 23,283,1984
  • [12] 王娟,陈峻青 卡铂腹腔化疗药代动力学实验研究.《中华肿瘤杂志》,1994

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