Экстракция и свойства пигментов растений

Опубликовано Шеронова Светлана Михайловна вкл 30.05.2018 - 19:12

Автор:

Алина Любивая

В работе раскрыты теоретические вопросы классификации, строения, физико-химических свойств и функций пигментов растений. В практической части описаны методика и наблюдения по выделению хлорофилла, каротиноидов, флавоноидов из разнообразного растительного сырья методом бумажной хроматографии и методом Крауса; описаны проведённые опыты по изучению свойств пигментов: взаимодействие с кислотами, щелочами, бромной водой, перманганатом калия. В заключении сделаны выводы и приведён список источников.

Скачать:

Вложение	Размер
Введение и теория	197.31 КБ
Практическая часть	39.07 КБ
Приложение 1. Экстракты пигментов из растительного сырья	314.04 КБ
Приложение 2. Разделение пигментов	216.3 КБ
Презентация	1.03 МБ
Заключение	15.66 КБ
Список литературы	18.78 КБ

Предварительный просмотр:

Научное общество учащихся «Эврика»

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Школа № 66»

Московского района г.Н.Новгорода

Экстракция и свойства пигментов растений

Выполнила: Любивая Алина

ученица 8 б класса

Научный руководитель:

Шеронова С.М.,

учитель химии

Н.Новгород

2018 г.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………......2

Глава 1 Пигменты растений………………………………………………….......4

Определение, классификации и функции пигментов растений……….........4

Определение………………………………………………………………….....4
Классификации и функции пигментов растений………………………….….4

1.2.1. Классификация пигментов растений по физиологическим функциям…....4

1.2.2. Классификация пигментов растений по строению. Функции пигментов растений……………………………………………………………………………...6

1.2.3. Физико-химические свойства пигментов растений……………………….13

Экстракция пигментов из растений…………………………………………...14
Методы разделения пигментов………………………………………………..15

3.1. Разделение пигментов по Г. Краусу………………………………………….15

3.2. Хроматографический метод…………………………………………………..15

Глава 2 Практическая часть. Пигменты как объект химического эксперимента

2.1. Экстракция хлорофилла и опыты с ним……………………………………..16

2.2.1. Экстракция пигментов из зелёного растительного сырья………………..16

2.2.2. А) Доказательство влияния магния на цвет хлорофилла ………….……..16

Б) Получение хлорофиллоподобных производных цинка и меди (II)…….……17

2.2.3. Действие щёлочи на хлорофилл (щелочное омыление)….…………….....17

2.2. Методы разделения пигментов листьев растений…………………………………………………………………………….18

2.2.1.Разделение фотосинтетических пигментов методом бумажной хроматографии………………………………………………………………….….18

2.2.2.Разделение пигментов по Краусу……………………………………….…..19

2. 3. Экстракция каротиноидов из биомассы и опыты с ними..……………......20

2.3.1.Экстракция каротиноидов………………………………………………..….21

2.3.2.Определение групп каротиноидов в корнеплодах моркови……………....21

2.3.3. Качественное определение двойных связей в молекуле каротина……...22

2. 4. Экстракция флавоноидов (антоцианов) из биомассы и опыты с ними…..23

2.4.1. Получение водной вытяжки………………………………………………...24

2.4.2. Цветные качественные реакции на флавоноиды - взаимодействие

с кислотами и щелочами……………………………………………………….….24

Заключение…………………………………………………………………………25

Список литературы………………………………………………………………...26

Введение

Пигмент (pigmentum) в переводе с латинского «краска». Пигментами называются вещества, избирательно поглощающие свет в видимой части солнечного света.

Природные красители находятся в генеративных (пыльце, цветках, плодах, семенах) и вегетативных органах растений (листьях, корнях, побегах). Синяя, фиолетовая, красная окраска цветков, плодов и листьев зависит от присутствия в клеточном соке пигментов, относящихся к группе антоцианов. Жёлтая окраска цветков, плодов, листьев, коры и других частей растений в большинстве случаев обусловлена пигментами группы оксифлавонов и оксифлавонолов. Листья растений зелёного цвета благодаря хлорофиллу. Окраска многих плодов (помидоры, цитрусовые), подземных органов растений (морковь) и цветков (жёлтый люпин) вызвана наличием жёлтых пигментов группы каротиноидов (ликопин, каротин, ксантофилл). Эти пигменты обусловливают и жёлтую окраску осенних листьев. Хлорофилл и каротиноиды, нерастворимые в воде, в отличие от антоцианов и флавонолов, находятся в пластидах (хлоропластах и хромопластах).

Растительные пигменты выполняют множество функций, например, их окраска привлекает насекомых-опылителей и птиц, распространяющих семена. Многие природные пигменты принимают участие в фотохимических процессах.

Природные пигменты нашли применение как красители в пищевой, текстильной промышленности и в качестве главного составляющего компонента, определяющего цветовой тон художественных красок.

Я учусь в художественной школе, рисую акварельными красками и при знакомстве с предметом химии мне стало интересно, из каких веществ изготавливают краски. Изучая состав акварельных красок, узнала, что их можно изготовить на основе растворов пигментов антоцианов, полученных из окрашенных частей различных растений.

Красота и разнообразие цвета пигментов и способы их извлечения из растительного сырья увлекли меня: я решила получить подробное представление о пигментах, самостоятельно их выделить из растений и провести опыты с ними.

Объект исследования: растительные пигменты.

Предмет исследования: физико-химические свойства хлорофиллов, каротиноидов и флавоноидов.

Цель работы: получение экстрактов пигментов из растительного сырья и исследование их физико-химических свойств.

Задачи:

1. Проанализировать научную и научно- популярную литературу по проблеме пигментов.

2. Систематизировать сведения о классификации, строении и физико-химических свойствах пигментов.

3. Изучить процесс экстракции пигментов из растительного сырья.

4. Приготовить вытяжки хлорофиллов, каротиноидов и флавоноидов из растений и провести опыты с ними.

В процессе работы мы использовали следующие методы:

1.Изучение и анализ литературы.

2.Эксперимент.

Структура работы

Данная работа состоит из титульного листа, содержания, введения, основной части, практической части, заключения и списка источников.

Во введении определены цель, задачи и методы работы. В основной части раскрыты вопросы классификации, строения, физико-химических свойств и функций пигментов растений. В практической части описаны методика и наблюдения по выделению пигментов из разнообразного растительного сырья и проведённые опыты по изучению свойств пигментов. В заключении сделаны выводы и приведён список литературы.

Глава 1 Пигменты растений

1.Определение, классификации и функции пигментов растений

Определение

Пигменты растений (от латинского слова pigmentum — краска) — это окрашенные вещества, входящие в состав клеток и тканей растений. Цвет пигментов определяется наличием в их молекулах хромофорных групп, избирательно поглощающих свет в определённой части видимого спектра солнечного света. Биологические пигменты играют важную роль в жизнедеятельности растений и других живых существ.

Растительных пигментов очень много. Они содержатся в пластидах клеток– хлоропластах и хромопластах, некоторые находятся в клеточном соке растений (вакуолях, везикулах).

Окраска пигментов растений (и самих растений) зависит от химического строения, pH среды, температуры, наличия в структуре ионов металлов. Окраска растения зависит и от строения ткани, в которой содержатся пигменты: ее толщины, количества межклетников, формы клеток эпидермиса, плотности находящегося на поверхности клеток воскового налёта.

Классификации и функции пигментов растений

1.2.1. Классификация пигментов растений по физиологическим функциям

По физиологическим функциям различают фотосинтетические и нефотосинтетические пигменты.

В хроматофорах и хлоропластах содержатся пигменты, непосредственно участвующие в осуществлении процесса фотосинтеза. Эти пигменты относят к фотосинтетическим. Они представлены молекулами, способными поглощать кванты света определенной длины волны, часть световых волн отражается. В зависимости от спектрального состава отраженного света пигменты приобретают окраску - зеленую, желтую, красную и др.

В настоящее время различают на три группы:

зелёные (хлорофиллы) (см. ниже), желтые ( каротиноиды) (см. ниже), растительные желчные пигменты (фикобилины).

Каротиноиды и фикобилины называют вспомогательными, или сопровождающими, пигментами, поскольку энергия квантов света, поглощённых этими пигментами, может передаваться на хлорофилл.

Фикобилины - красные и синие пигменты, содержащиеся у некоторых водорослей и цианобактерий. В основе химического строения фикобилинов лежат четыре пиррольные группировки в виде открытой цепочки. Фикобилины представлены пигментами: фикоцианином (тёмно-голубой), фикоэритрином ( окисленный фикоцианин), фикоцианобили́ном (голубого цвета), фикоэритробили́ном — (красный фикобилин ).

$C:\Users\user\Desktop\1200px-I-Urobilin1.svg.png$

Рис.1 Фикоцианобилин

$C:\Users\user\Desktop\image018.jpg$

Рис. 2. Фикоэритробили́н

Красные водоросли в основном содержат фикоэритрин, а цианобактерий — фикоцианин. Фикобилины образуют прочные соединения с белками (фикобилинпротеиды). Связь между фикобилинами и белками разрушается только кислотой. Красные водоросли в основном содержат фикоэритрин. Фикобилины концентрируются в особых гранулах (фикобилисомах), тесно связанных с мембранами тилакоидов.

Нефотосинтетические пигменты подразделяют на три больших класса: каротиноиды, беталаины, антоцианы ( из класса флавоноиды).

1.2.2. Классификация пигментов растений по строению. Функции пигментов растений

Пигменты в зависимости от своего строения подразделяются на несколько классов: Каротиноиды, Флавоноиды, Порфирины, Хиноны.

Каротиноиды —групповое обозначение ряда (свыше 300) пигментов желтого, оранжевого или красного цвета. Это наиболее распространённый класс биологических пигментов. Обнаружены у всех без исключения растений.

К каротиноидам относятся каротин (оранжевый), ксантофилл (желтый), ликопин, лютеин и другие.

Большинство каротиноидов представляют собой высокомолекулярные углеводороды тетратерпены и тетратерпеноиды, производные изопрена: оранжевый каротин С40Н56 либо окисленные углеводороды - желтый ксантофилл С40Н56О2 .

Картинки по запросу каротиноиды формула

Рис.3. Каротиноиды. Альфа-каротин

Рис. 4. Каротиноиды. Ликопин

Рис. 5. Ксантофиллы. Кантаксантин

Рис. 6. Ксантофиллы. Криптоксантин

Каротиноиды придают окраску большинству оранжевых овощей и фруктов, придают жёлтый цвет листьям и цветам, защищают ткани от окисления кислородом на свету. Они всегда присутствуют в листьях, но перекрываются зелёным цветом хлорофилла. Название пигментам этого типа дал ученый М. С. Цвет в честь одного из пигментов, содержащегося в оранжевых корнеплодах моркови («carotte» по - латински – морковь). Желтая, оранжевая и красная окраска красного перца, кукурузы, тыквы, кабачков и перезрелых огурцов, баклажанов, помидора, дыни, а также многих цитрусовых обусловлена присутствием в них разнообразных каротиноидных пигментов. Из лекарственных растений каротин содержится в плодах облепихи, рябины, шиповника, в цветках ноготков, листьях грецкого ореха, в траве сушеницы топяной, череды трёхраздельной и других.

В листьях и плодах растений каротин локализуется в хлоропластах вместе с ксантофиллом.

Флавоноиды. Известно более 6500 флавоноидов (по- латински «flavus» означает «желтый»).

С химической точки зрения флавоноиды — гетероциклические фенольные соединения, флавоноиды представляют собой гидроксипроизводные флавона (собственно флавоноиды),

2,3-дигидрофлавона (флаваноны), изофлавона (изофлавоноиды),

4-фенилкумарина(неофлавоноиды), производные флавана ( катехины, лейкоантоцианы),

а также флавоны с восстановленной карбонильной группой (флаванолы). Зачастую к флавоноидам относят и другие соединения, в которых имеются два бензольных ядра, соединенных друг с другом трехуглеродным фрагментом — халконы, дигидрохалконы и ауроны.

В их число входят антоцианы, обуславливающие наиболее яркие цвета растений — красные, пурпурные, синие части цветов и плодов. Антоцианы - растительные гликозиды, содержащие в качестве агликона (неуглеводной части) антоцианидины — замещённые 2-фенилхромены.

Флавонолы, ауроны, халконы определяют жёлтую и оранжевую окраску плодов, листьев и цветов. Разнообразие оттенков желтого цвета достигается как изменением концентрации флавонов и флавонолов, так и присутствием в соке растений солей кальция и магния, увеличивающих интенсивность окраски.

Флавоноиды принимают участие в окислительно-восстановительных процессах растений, в защите растений от неблагоприятных воздействий ультрафиолетовых лучей и низких температур, в процессе оплодотворения высших растений, обеспечивают огромное разнообразие окрасок цветков и плодов, что привлекает насекомых и тем самым способствуют опылению. Катехины и лейкоантоцианы являются родоначальниками дубильных веществ. Катехины в значительной мере обусловливают антиоксидантные свойства многих растительных продуктов. Полезные защитные свойства катехинов могут быть проиллюстрированы на примере чая.

Антоцианы не только придают яркую окраску частям растений. Эти пигменты, появляющиеся в листьях и стеблях при воздействии пониженных температур, служат своего рода "ловушкой" солнечных лучей. В молодых побегах и листьях растений антоцианы ранней весной превращают световую энергию в тепловую и защищают их от холода. Усиленное образование антоцианов в клетках растений происходит при остановках синтеза хлорофилла, при интенсивном освещении ультрафиолетовыми лучами. К осени они накапливаются в листьях, изменяя (совместно с каротиноидами) зеленый наряд природы на красно-желтый. Считается, что антоцианы защищают растения и от вредного воздействия солнечного цвета на цитоплазму. Антоцианы предохраняет растения и окружающую среду от кислотных газов промышленных предприятий. На засоленной почве некоторые растения приобретают повышенную способность к накоплению антоцианов, предохраняя себя от вредного действия почвенных солей, не дают возможности образоваться в клетках другим токсическим соединениям.

Химические формулы некоторых представителей флавоноидов приведены в таблице1.

Таблица 1. Строение некоторых флавоноидов

Название	Формула
Флавон (2-фенил-4-хроменон, α-фенилхромон)
Изофлавон
. Катехин
Общая структура антоцианов
4-Фенилкумарин
Аурон
Дигидрохалконы

Пигменты на основе порфирина. В эту группу входят биологические пигменты, в составе которых присутствует порфириновый комплекс. Порфирины - тетрапиррольные соединения, производные порфина - макроцикла, образованного четырьмя пиррольными ядрами.

Рис.7. Простейший порфирин – порфин

К этой группе относятся растительные пигменты — хлорофилл, феофитин, феофорбиды, хлорофиллиды и др.

Как правило, пигменты этого класса участвуют в фотохимических процессах, а также являются ферментами, задействованными в обмене веществ. Их роль как собственно красителей второстепенна.

Хлорофилл являются самыми распространенным растительным пигментом. Французские ученые П.Ж. Пелетье и Ж. Кавенту (1818 г.) выделили из листьев зеленое вещество и назвали его хлорофиллом (от греческого «хлорос» — зеленый и «филлон» — лист). Хлорофилл - это Мg - порфириновый комплекс. Хлорофилл неоднороден, насчитывается свыше десятка зеленых пигментов, отличающихся друг от друга по химическому строению (атомными группами, присоединенными к пиррольным структурам порфиринового кольца), окраске, распространению среди живых организмов. Химически хлорофилл представляет собой сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина с двумя спиртами - фитолом и метанолом. Пространственная структура молекулы определяет свойства хлорофилла. Наличие двойных связей в порфириновом ядре позволяет отнести их к ненасыщенным гетероциклам.

Хлорофилл играет важнейшую роль в сложном механизме поглощения солнечной энергии и её превращении для использования живыми организмами. Хлорофилл в растениях поглощает фотоны видимого света и переходит в возбужденное электронное состояние. Эта энергия возбуждения может инициировать цепь химических реакций, приводящих в конце концов к образованию углеводов из оксида углерода (IV) и воды.

Рис.8. Строение хлорофилла a

Биохимически феофитин — это молекула хлорофилла с недостающим ионом Mg2+. Он может образовываться из хлорофилла, при обработке последнего слабой кислотой и представляет собой тёмно-голубоватый воскоподобный пигмент.

Phaeophytin a.svg

Рис. 9. Феофитин

Беталаины – большая группа алкалоидов имеющих яркую окраску.

Разделяются алкалоиды дигидроиндольные на бетацианины и бетаксантины. Встречаются в виде гликозидов, находятся в вакуолях и придают растениям красно-фиолетовую (бетацианины) или желтую окраску (бетаксантины). Широко распространены в семействе кактусовых, маревых и других растениях. Наиболее известен бетанидин, содержащийся в корнях столовой свёклы и обусловливающий её кроваво-красную окраску.

бетанидин

Рис. 10. Бетанидин

1.2.3. Физико-химические свойства пигментов растений

Каротиноиды нерастворимы в воде, растворяются во многих органических растворителях: хлороформе, бензоле, гексане, четыреххлористом водороде, жирах. Поглощают свет в области 400 -500 нм. избирательно абсорбируются на минеральных и некоторых органических абсорбентах, что позволяет разделять их при помощи методов хроматографии. Каротиноиды окисляются разбавленным раствором перманганата калия, бромной и йодной водой.
Большинство флавоноидов - твердые кристаллические вещества с определенной температурой плавления, не имеющие запаха. Антоцианы в кислой среде они имеют красный цвет (соли катионов), в щелочной - синий (соли анионов). Гликозиды флавоноидов (содержащие более трех остатков сахара) растворимы в воде, водно-спиртовых смесях, в спиртах при нагревании, этилацетате и нерастворимы в органических растворителях (петролейном и диэтиловом эфирах, дихлорэтане С2Н4Сl2, тетрахлорметане ССl4). Гликозиды при действии разбавленных минеральных кислот и ферментов легко гидролизуются до агликона и углеводного остатка. Гликозиды с трудом расщепляются под действием концентрированных кислот (соляной HCl или уксусной СН3СООН) или их смесей при длительном нагревании.

Агликоны (неуглеводные части флавоноидов) хорошо растворимы в низших спиртах (метиловом и этиловом), органических растворителях (диэтиловом эфире, ацетоне, бензоле) и в растворах щелочей.

Катехины и лейкоантоцианидины легко окисляются в присутствии кислорода, под действием света и щелочей. Остальные флавоноиды более устойчивы к окислению.

Флавоноиды флуоресцируют в УФ-свете: при этом флавоны, флавонол-3-гликозиды, флаваноны, халконы обнаруживаются на хроматограммах в виде коричневых пятен, флавонолы и их 7-гликозиды - в виде желтых или желто-зеленых пятен.

Благодаря карбонильным и фенольным оксигруппам флавоноиды способны образовывать комплексы с солями металлов различной степени устойчивости.

Флавоноиды способны восстанавливаться атомарным водородом в кислой среде в присутствии магния или цинка. Флавоноиды взаимодействуют со щелочами с образованием фенолятов желтой окраски, которая при нагревании изменяется до оранжевой или коричневой.

Порфин и порфирины - высокоплавкие интенсивно окрашенные соединения, хорошо растворимые в трихлорметане СНСl3, хуже в этаноле и метаноле, не растворимы в воде. Порфирины - амфотерные соединения.

Хлорофиллы поглощают свет в синей и красной областях видимой части спектра при длинах волн соответственно около 450 нм и 650 - 700 нм.

Хлорофиллы неустойчивы к действию кислорода (особенно на свету), разбавленных растворов кислот и щелочей. При действии фермента хлорофиллазы, щелочей отщепляется фитол. При действии кислот магний замещается на водород, а при более длительном воздействии кислот, кроме того, гидролизуется сложноэфирная связь с освобождением фитола.

2. Экстракция пигментов из растений

Пигменты входят в состав пигментных систем в виде хромопротеинов, т.е. пигмент - белковых комплексов. Компоненты в этих комплексах соединены только межмолекулярными связями. Поэтому пигменты можно экстрагировать из измельченной биомассы органическими растворителями. Это могут быть и неполярные растворители, но более полное извлечение достигается с помощью ацетона или этанола.

3. Методы разделения пигментов

3. 1. Разделение пигментов по Г. Краусу

Метод разделения пигментов по методу Грегора Крауса основан на различной растворимости пигментов в спирте и гептане (бензине). Эти растворители при сливании не смешиваются и образуют две фазы: верхнюю – гептановую (бензиновую), нижнюю – спиртовую, поэтому и происходит разделение компонентов смеси.

Ксантофиллы, содержащие две или более полярные группы, хорошо растворимы в спирте, в то время как каротин отличается более высоким сродством к бензину. Фитольный остаток в молекуле хлорофилла представляет собой ее гидрофобную часть и обуславливает возможность взаимодействия молекулы пигмента с бензином. Удаление фитола при омылении хлорофилла увеличивает сродство пигмента к полярным растворителям.

3.2. Хроматографический метод

Хроматографический (от древне-греческого χρῶμα — цвет) метод разделения пигментов, впервые предложенный русским ученым Михаилом Семёновичем Цветом, заключается в пропускании раствора, содержащего смесь пигментов через слой адсорбента. Различные пигменты, обладая неодинаковой растворимостью в данном растворителе и разной адсорбируемостью, передвигаются по мере движения растворителя с различной скоростью и располагаются на адсорбенте в разных местах. Чем выше растворимость пигмента в растворителе, тем быстрее он будет передвигаться, и тем дальше от старта будет располагаться зона этого пигмента.

Предварительный просмотр:

Глава 2. Практическая часть

Пигменты как объект химического эксперимента

2.1. Экстракция хлорофилла и опыты с ним

Название опыта	Методика проведения	Наблюдения	Вывод
2.2.1. Экстракция пигментов из зелёного растительного сырья	Несколько свежих неповрежденных зелёных листьев измельчаем, добавляем мел для нейтрализации кислот клеточного сока и 10 мл этилового спирта. Растираем в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Приливаем 20 мл этилового спирта и осторожно продолжаем растирание. Полученную спиртовую вытяжку фильтруем. Примечание: лучше использовать тонкие листья хлорофитума, герани, укропа.	Спирт окрашивается в интенсивно зеленый цвет. (см.Приложение № 1 ).	Хлорофилл растворяется в этиловом спирте.
2.2.2. А) Доказательство влияния магния на цвет хлорофилла	Приливаем по 2–3 мл спиртовой вытяжки пигментов в три чистые пробирки. Одна из пробирок контрольная, в две другие добавляем по 2–3 капли 10% - ного раствора соляной кислоты.	Цвет раствора меняется на жёлто-бурый: в результате взаимодействия с кислотой магний в молекуле хлорофилла замещается двумя атомами водорода и образуется вещество бурого цвета – феофитин.	Нарушение структуры приводит к изменению цвета хлорофилла.
Название опыта	Методика проведения	Наблюдения	Вывод
Б) Получение хлорофиллоподобных производных цинка и меди (II)	Одну из пробирок с феофитином оставляем для контроля, в другую вносим на шпателе немного кристаллогидратов ZnSO4, в третью кристаллогидрат CuSO4, а в четвёртую - CuCl2. Пробирки помещаем в стакан с горячей водой (80 - 90 0С). (Можно нагреть на водяной бане до кипения 5 минут).	Бурый цвет раствора вновь меняется на зелёный.	Атом цинка замещает атомы водорода (заместившие ранее магний) в молекуле хлорофилла. Цвет хлорофилла зависит от наличия металлоорганической связи в его молекуле.
2.2.3. Действие щёлочи на хлорофилл (щелочное омыление)	Наливаем в пробирку 2 – 3 мл спиртовой вытяжки пигментов, добавляем 4 – 5 капель 20%-ного раствора щёлочи и встряхиваем смесь.	Цвет раствора не изменился.	Цвет раствора не изменился, так как соли хлорофиллина имеют зеленую окраску.
	Затем добавляем бензин, чтобы общий объем жидкости в пробирке увеличился в 2 раза, взбалтываем и даём отстояться.	Нижний спиртовой слой окрашивается в зеленый цвет образовавшейся натриевой солью хлорофиллина, нерастворимой в бензине ( в отличие от хлорофилла). Верхний слой бензина окрашен в жёлтый цвет пигментом каротином. (см.Приложение № 1 ).	Спиртовая вытяжка листа содержит два жёлтых пигмента: каротин и ксантофилл. В спиртовом слое находится и пигмент ксантофилл, но его окраска маскируется интенсивно зелёным цветом натриевой соли хлорофиллина.

2.2. Методы разделения пигментов листьев растений

Название	Методика проведения опыта	Наблюдения	Вывод
2.2.1.Разделение фотосинтетических пигментов методом бумажной хроматографии	Не менее 5 раз по каплям наносим пипеткой с тонко оттянутым концом полоску спиртовой вытяжки листьев герани на фильтровальную бумажку. Это линия старта (фронт - 1 см выше нижнего края бумажки). Каждую следующую линию капель наносим только после высыхания предыдущей до образования на линии старта пятна интенсивного зеленого цвета. На дно хроматографической камеры (стакан и верёвочка) наливаем уайт-спирит – это чистый бензин. На 30 минут подвешиваем на верёвочке сгиб бумажки с нанесённым фронтом вытяжки так, чтобы нижний край бумажки был слегка погружён в бензин. После завершения разделения вынимаем бумажку и обводим линию финиша и границы получившихся полос с оттенками зелёного, жёлтого цветов.	В парах бензина начинается разделение пигментов на отдельные слои (полосы –пятна). Через несколько минут на бумаге появилась зеленая полоска хлорофилла, а выше нее — оранжеватые полосы каротина и светло-желтые ксантофилла. В зеленой зоне можно различить две полосы: сине-зеленую (хлорофилл а) и зеленую (хлорофилл b). Медленнее всех поднимается зеленый хлорофилл b, быстрее – ксантофилл и еще быстрее сине-зеленый хлорофилл а. С фронтом растворителя поднимается желтый или оранжеватый каротин. Каротин и ксантофилл передвигаются по бумаге дальше хлорофилла. (см. Приложение № 2 ).	Спиртовая вытяжка листа содержит хлорофилл и два желтых пигмента – каротин и ксантофилл. Разделение пигментов объясняется их различной растворимостью в растворителе (этиловом спирте, бензине) и различным поглощением их фильтровальной бумагой (адсорбцией).
Название	Методика проведения опыта	Наблюдения	Вывод
2.2.2.Разделение пигментов по Краусу	В две пробирки с притёртыми шлифованными пробками приливаем по 2 мл вытяжки листьев укропа, 3 мл бензина и закрываем пробкой. Встряхиваем пробирку в течение 2 – 3 минут и даём отстоятся. Примечание: модно добавить 2 капли воды для лучшего разделения.	Происходит жидкость разделение на 2 слоя: верхний зелёный бензиновый ( как более легкий), нижний –жёлтый спиртовой. Жёлтый цвет спиртовому раствору придает пигмент ксантофилл. В бензиновом слое находятся 2 пигмента: хлорофилл и каротин, который не заметен из-за интенсивно-зеленого цвета хлорофилла. (см. Приложение № 2 ).	В спиртовой вытяжке наряду с хлорофиллом присутствуют жёлтые пигменты. жёлто-оранжевый каротин и золотисто-жёлтый ксантофилл. Растворимость хлорофилла и каротина в бензине выше, чем в спирте. Ксантофилл в бензине не растворяется.
2.2.2.Разделение пигментов по Краусу	Омыление хлорофилла щёлочью. В одну из пробирок добавляем твёрдую щёлочь (гидроксид натрия) и встряхиваем. Вторая пробирка будет служить контролем.	Сверху собирается жёлтый слой каротина, снизу - зелёный слой – натриевой соли хлорофиллина и ксантофилл. (см. Приложение № 2 ).	Произошло щелочное омыление.

2. 3. Экстракция каротиноидов из биомассы и опыты с ними

Название опыта	Методика проведения опыта	Наблюдения	Вывод
2.3.1.Экстракция каротиноидов	Исходное сырье измельчаем, добавляя гидрокарбонат натрия в массовом соотношении 1:10 с целью нейтрализации органических кислот; кроме того, колбы оборачиваем черной бумагой для уменьшения воздействия света, т.к. каротиноиды являются светочувствительными соединениями. Приливаем 95% - ный раствор спирта. Полученный экстракт фильтруем. В качестве источников каротиноидов были использованы плоды томатов, моркови, тыквы, перца.	Спирт окрашивается в оранжевый цвет. (см. Приложение № 1 ).	Каротиноиды растворяются в этиловом спирте.
2.3.2.Определение групп каротиноидов в корнеплодах моркови	А) Разделение спиртовой вытяжки пигментов по методу Крауса. Наливаем в пробирку 3 мл спиртовой вытяжки пигментов из сока корнеплодов моркови, столько же бензина и 2 капли воды. Энергично перемешиваем содержимое пробирки в течение двух минут и даём смеси отстояться.	Жидкость в пробирке разделилась на два слоя: бензин, как более лёгкий, оказался наверху, спирт – внизу. Оба слоя имели различную окраску: бензиновый - жёлтую, спиртовой – бесцветную (см. Приложение № 2 ).	Из группы каротиноидов в корнеплодах моркови содержится каротин.
Название	Методика проведения опыта	Наблюдения	Вывод
	Б) Разделение пигментов корнеплодов моркови методом бумажной хроматографии. Наносим пипеткой несколько капель спиртовой вытяжки пигментов моркови на расстоянии три сантиметра от одного конца хроматографической бумаги. Даём высохнуть. Повторяем процедуру до тех пор, пока пятно не становится интенсивно окрашенным. В стакан наливаем 2 мл бензина и опускаема в стакан полоску бумаги на расстояние 0,5 – 1 см от поверхности растворителя.	Растворитель поднимается по бумажной полоске вверх, увлекая за собой пигменты. Через несколько минут на бумаге появляется жёлто-оранжевая полоса. (См. Приложение №2)	Полоса пигментов жёлто – оранжевого цвета бумаге подтверждает, что из группы каротиноидов в корнеплодах моркови содержится каротин. Так как каротин высоко передвигается по бумаге, можно сделать заключение о его хорошей растворимости в бензине и плохой адсорбции на хроматографической бумаге.
2.3.3. Качественное определение двойных связей в молекуле каротина	Окисление разбавленным раствором перманганата калия, йодной водой. А) Приливаем к спиртовой вытяжке каротина раствор перманганата калия. Б) Приливаем к спиртовой вытяжке каротина йодную воду.	Обесцвечивание раствора перманганата калия и выделение коричневых хлопьев оксида марганца (IV). При приливании йодной воды к спиртовой вытяжке каротина наблюдалось исчезновение её жёлтой окраски.	В молекулах каротина присутствуют кратные (двойные) связи.

2. 4. Экстракция флавоноидов (антоцианов) из биомассы и опыты с ними

Название	Методика проведения опыта	Наблюдения	Вывод
2.4.1. Получение водной вытяжки	0,5–1 г растительного сырья помещаем в ступку и измельчаем с небольшим количеством песка или мела, добавляем около 5 мл воды и фильтруем получившийся раствор.	Получаются вытяжки голубого, синего, фиолетового, розового, малинового цвета. Фото вытяжек и их окраску смотри Приложение №3.	В зависимости от вида растения вытяжка бывает голубого, синего, фиолетового, розового, малинового цвета.
2.4.2. Цветные качественные реакции на антоцианы (пигменты из группы флавоноидов) –взаимодействие с кислотами и щелочами	А) Небольшие кусочки чешуи цветного (красного) лука помещаем на предметное стекло внутренней белой стороной вверх, капаем на один кусочек несколько капель раствора соляной кислоты, на другой - несколько капель раствора гидроксида натрия. Выжидаем 2- 4 минуты.	Через 2-4 минуты появляется кроваво-красное окрашивание на кусочке с кислотой и зелёное окрашивание на кусочке со щёлочью.	В чешуе красного лука из группы флавоноидов содержатся пигменты антоцианы.
	Б) В пробирки наливаем по 2–3 мл вытяжки пигментов, добавляем 1–2 мл 1% разбавленной кислоты. В) Добавляем по каплям разбавленную щёлочь - 1% раствор гидроксида натрия. Испытываем индикаторные свойства растворов антоцианов, выделенных из различного растительного сырья.	Изменение окраски водной вытяжки антоцианов из растительного сырья в кислой и щелочной среде смотри Таблица 2 и Приложение №4	Антоцианы изменяют окраску в кислой и щелочной среде, их водные растворы можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов.
	К отварам плодов (1: 10) черники, смородины, винограда и т.д. добавляем 10% - ный раствор гидроксида натрия.	Изменение окраски водных вытяжек флавоноидов из растительного сырья в кислой и щелочной среде смотри Таблица 2 и Приложение №4.	В водной вытяжке плодов черники, смородины, чёрного и красного винограда, листьев краснокочанной капусты, чешуи красного лука, лепестков фиалки из группы флавоноидов содержатся пигменты антоцианы. Флавоны, флавонолы, флаваноны и флаванонолы растворяются в щелочах с образованием жёлтой окраски, которая при нагревании изменяется до оранжевой или коричневой. Халконы и ауроны при взаимодействии со щелочами обычно дают красное или ярко-жёлтое окрашивание.

Таблица 2. Изменение окраски водной вытяжки флавоноидов (антоцианов) различных растений в кислой и щелочной среде

№ п/п	Растение, растительное сырьё и экстракт антоцианов	Цвет раствора исходный	Цвет раствора в кислой среде	Цвет раствора в щелочной среде
1	Капуста краснокочанная (вытяжка листьев)	фиолетовый	красный	зелёный
2	Капуста краснокочанная (сок листьев)	сине-фиолетовый	розово-красный	грязно-зелёный
3	Гранат (отвар кожуры плодов)	розово-красный	красный	тёмно-коричневый
4	Гранат (отвар мякоти плодов)	жёлтый	светло-жёлтый	тёмно-коричневый
5	Роза ( вытяжка лепестков розового цвета)	розовый	бледно-розовый	жёлтый
6	Роза (отвар лепестков жёлтого цвета)	бледно-жёлтоватый	бледно-розовый	жёлтый
7	Роза (отвар лепестков красного цвета)	розово-красный	розовый	коричневый
8	Яблоня (отвар кожуры красных яблок)	грязно-розовый	розовый	лимонно-жёлтый
9	Виноград (отвар плодов чёрного цвета)	фиолетовый	красный	зелёный
10	Виноград (сок плодов чёрного цвета)	розовый	розово-красный	жёлто-зелёный
11	Виноград (отвар плодов красного цвета)	бледно-жёлтоватый	бледно-розовый	лимонно-жёлтый
12	Лук репчатый (отвар чешуи красного цвета)	розово-красный	красный	коричневый
13	Лук репчатый (отвар чешуи жёлтого цвета)	лимонно-жёлтый	жёлтый	оранжевый
14	Крупноплодная земляника (сироп из плодов)	розово-красный	оранжевый	бордо
15	Гербера (отвар лепестков красного цвета )	коричневый	розово-желтоватый	жёлтый
16	Альстрёмерия (отвар лепестков красного цвета)	красный	бледно-оранжевый	сине-зелёный
18	Орхидея (вытяжка засушенных лепестков )	бледно-розовый	розовый	жёлтый
19	Смородина чёрная (морс из варенья)	фиолетово-красный	ярко-красный	синий, переходящий в фиолетовый
20	Черника обыкновенная (охлаждённый морс из варенья)	тёмно-красный	ярко-красный	тёмно-синий, переходящий в фиолетовый

Предварительный просмотр:

Приложение №1

Экстракты пигментов из растительного сырья

№ п/п

Экстракт и растительное сырьё

Фото

Спиртовая вытяжка пигментов листьев укропа огородного

$C:\Users\user\Desktop\Акварельные краски\Фото\3.02.2018\Хлорофилл\хлорофилл с соляной кислотой - копия.JPG$

Спиртовая вытяжка пигментов листьев фиалки узамбарской

$D:\Старый комп\Новая папка\Мои документы\Химия_дискC\Школа 66\НОУ\НОУ Кислоты и основания, индикаторы\скрины и фото\листья фиалки хлорофилл с кислотой и щёл - копия.png$

Спиртовые вытяжки моркови посевной и томата обыкновенного, ацетоновая вытяжка тыквы обыкновенной

$C:\Users\user\Desktop\Акварельные краски\Фото\3.02.2018\Каротиноиды\спирт выт морк и помид и ацетоновая выт тыквы.JPG$

Предварительный просмотр:

Приложение № 2

Экстракты пигментов из растительного сырья и их разделение

№ п/п	Экстракты и растительное сырьё	Фото
1	Спиртовая вытяжка пигментов зелёных листьев укропа посевного (хлорофилл, каротиноиды) в бензине	$C:\Users\user\Desktop\Акварельные краски\Фото\3.02.2018\Хлорофилл\спиртовая вытяжка с бензином (2).JPG$
2	Спиртовая вытяжка пигментов зелёных листьев укропа посевного (хлорофилл, каротиноиды) со щёлочью в бензине	$C:\Users\user\Desktop\Акварельные краски\Фото\3.02.2018\Хлорофилл\Сп выт с бензином , справа- сп с щёлочью и бензином - копия.JPG$
3	Спиртовая вытяжка пигментов зелёных листьев укропа посевного (хлорофилл, каротиноиды) без щёлочи и со щёлочью в бензине	$C:\Users\user\Desktop\Акварельные краски\Фото\3.02.2018\Хлорофилл\Сп выт с бензином , справа- сп с щёлочью и бензином.JPG$
4	Спиртовая вытяжка пигментов Моркови, помидоров, тыквы	$C:\Users\user\Desktop\Экстракция и свойства пигментов растений\Фото\5.02.2018\STP82364 - копия.JPG$

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Слайд 1

Экстракция и свойства пигментов растений Выполнила: Любивая Алина ученица 8 класса МБОУ «Школа № 66» Руководитель: учитель химии Шеронова С.М. Н.Новгород 2018 год

Слайд 2

Экстракция хлорофилла и опыты с ним Экстракция пигментов из зелёного растительного сырья

Слайд 3

Экстракция хлорофилла и опыты с ним Доказательство влияния магния на хлорофилл

Слайд 4

Экстракция хлорофилла и опыты с ним Опыты с феофитином - получение хлорофиллоподобных производных цинка и меди

Слайд 5

Экстракция хлорофилла и опыты с ним Действие щёлочи на хлорофилл После добавления бензина, встряхивания и отстаивания нижний спиртовой слой окрашивается в зеленый цвет образовавшейся натриевой солью хлорофиллина, нерастворимой в бензине ( в отличие от хлорофилла). Верхний слой бензина окрашен в жёлтый цвет пигментом каротином. Цвет раствора не изменился, так как соли хлорофиллина имеют зеленую окраску

Слайд 6

Методы разделения пигментов листьев растений Разделение пигментов по Краусу

Слайд 7

Экстракция каротиноидов из биомассы и опыты с ними Экстракция каротиноидов . Разделение спиртовой вытяжки каротиноидов по методу Крауса .

Слайд 8

Экстракция каротиноидов из биомассы и опыты с ними Окисление разбавленным раствором перманганата калия, йодной водой

Слайд 9

Экстракция флавоноидов (антоцианов) из биомассы и опыты с ними Взаимодействие антоцианов с кислотами и щелочами

Предварительный просмотр:

Заключение

Мы изучили строение и свойства пигментов растений, получили их экстракты, разделили методом Крауса и бумажной хроматографии, испытали действие кислот и щелочей на флавоноиды, и выяснили, что:

Окраску растений обеспечивают пигменты, в том числе хлорофилл, каротиноиды, антоцианы и др.
Существующие способы выделения хлорофилла и каротиноидов из растительного сырья основаны на прямой экстракции целевого компонента органическими растворителями.
Спиртовая вытяжка листа содержит зелёные пигменты хлорофилл а и хлорофилл в и два жёлтых пигмента – каротин и ксантофилл. Разделение пигментов объясняется их различной растворимостью в растворителе (этиловом спирте, бензине) и различным поглощением их фильтровальной бумагой (адсорбцией).
Растворимость хлорофилла и каротина в бензине выше, чем в спирте. Ксантофилл в бензине не растворяется.
Антоцианы - водорастворимые пигменты и могут быть легко извлечены из растительного сырья.
Особенности строения антоцианов приводят к изменению их структуры и окраски в кислых или щелочных средах, что позволяет использовать в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов экстракты многих растений.

Предварительный просмотр:

Список литературы

Батурицкая Н. В., Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями: Книга для учащихся. – Мн.: Народная Асвета, 1991. – 208 с.: ил.
Быкова Е. Физиология растений. Практикум в ЦПМ. Часть 4. Методы определения пигментов URL:https://www.youtube.com/watch?v=c8od-Hli6VI
Грищенко А., Кодацкая С.В.Игра цветов, или Пигменты в нашей жизни

URL: http://bio.1september.ru/view_article.php?ID=201000604

4. Корулькин Д.Ю. Природные флаваноиды /Д.Ю. Корулькин, Ж.А. Абилов, Г.А. Толстиков. – Новосибирск: Наука, 2007. – 296с.

5. Лебедева М.И. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа: учеб. пособие/ М.И. Лебедева. – Тамбов: ТГТУ, 2005. – 216 с.

6. Тютрина Д.Г. Исследование агрохимии каротиноидов.URL: https://www.school-science.ru/2017/13/27512

7. Шоева О. Пигменты растений публичная лекция Института цитологии и генетики. URL: https://www.youtube.com/watch?v=x2fn1kVulG0

8. Яковишин Л.А. Занимательные опыты по химии. Опыты с природными объектами СевХимПортал - Севастопольский химический портал. URL: http://www.sev-chem.narod.ru/opyt.files/priroda.htm

9.Порфирины. ХиМиК. Сайт о химии. URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3649.html

10.Разработка методики определения флавоноидов в лекарственном растительном сырье. Библиофонд. Электронная библиотека студента. URL: https://bibliofond.ru/view.aspx?id=493021

11. Фотосинтетические пигменты. Chemicals-el.ru Сайт о химических элементах. URL:http://www.chemicals-el.ru/chemicals-1228-1.html

12. Википедия. Статьи о пигментах URL:https://ru.wikipedia.org/wiki

Загадка Бабы-Яги

Извержение вулкана

Лиса Лариска и белка Ленка

Сочные помидорки

Ворона