Получение феофитина и обратное замещение водорода атомом металла

Обновлено: 04.10.2024

Метод 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.

В пробирку наливают 2 – 3 мл спиртовой вытяжки и добавляют 3 – 4 мл гептана (бензина). Содержимое пробирки встряхивают и дают отстояться. При этом происходит разделение слоев:

верхний– зеленый гептановый (бензиновый) слой содержит хлорофиллы

“a” и “b” и каротин;

нижний – желтый спиртовой содержит ксантофиллы.

Б. Омыление хлорофилла щелочью.

Молекула хлорофилла представляет собой эфир двухосновной хлорофиллиновой кислоты с двумя спиртами – фитолом и метанолом. При реакции со щелочью хлорофилл омыляется, давая соответствующие соли и спирты:

COOCH₃ COONa

С 32H₃₀ON₄Mg + 2NaOH C₃₂H₃₀ON₄Mg +

Образующаяся при этом соль хлорофиллиновой кислоты сохраняет зеленую окраску и оптические свойства хлорофилла.

В пробирку со спиртовой вытяжкой пигментов приливают 2 – 3 капли 20% раствора КОН или NаОН. Пробирку встряхивают и дают отстояться, затем добавляют равный объем гептана (бензина). При этом происходит разделение слоев:

верхний– желтый гептановый (бензиновый) из-за присутствия каротина;

нижний– зеленый спиртовой, т.к. в нем растворяются продукты омыления хлорофиллов – их щелочные соли. Здесь же находится и ксантофилл.

В. Получение феофитина и обратное замещение водорода на атом металла.

Атом Mgв молекуле хлорофилла легко замещается двумя атомами водорода при воздействии сильных кислот. Это приводит к образованию феофитина бурого цвета:

COOCH₃ COOCH₃

C 32H₃₀ON₄Mg + 2HCl C₃₂H₃₂ON₄ +MgCl₂

COOC₂₀H₃₉COOC₂₀H₃₉

Если на феофитин подействовать солями Cu,Zn,Pb, то вместо двух атомов водорода в ядро хлорофилла входит соответствующий металл, и вновь восстанавливается зеленая окраска:

C₃₂H₃₂ON₄ + Cu(CH₃COO)₂ C₃₂H₃₀ON₄Cu +

20H₃₉COOC₂₀H₃₉

В две пробирки берут 2 – 3 мл спиртовой вытяжки пигментов и прибавляют 2 – 3 капли 10% HCl. При взбалтывании зеленая окраска хлорофилла переходит в бурую, характерную для феофитина. Далее одну пробирку с феофитином оставляют для контроля, а во вторую вносят несколько кристаллов уксуснокислой меди, раствор нагревают на водяной бане. После нагревания бурый цвет раствора меняется на зеленый вследствие образования хлорофиллоподобного производного меди.

Реактивы и оборудование.

Колбы конические 50 мл,

Пробирки на 10 мл,

Пипетки на 5 и 1 мл,

Водяная баня (кипящая).

Работа 2. Разделение смеси пигментов с помощью бумажной хроматографии.

Хроматографический метод разделения пигментов, впервые предложенный русским ученым М.С. Цветом, заключается в том, что раствор, содержащий смесь пигментов, пропускают 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.

Измельченные свежие листья помещают в ступку, добавляют немного CaCO₃для нейтрализации органических кислот клеточного сока, а также кварцевого песка или толченого стекла и растирают, постепенно приливая ацетон (на 2 – 3 г листьев примерно 25 мл ацетона). Полученный раствор фильтруют в сухую чистую колбу.

Наливают вытяжку в бюкс и погружают в нее кончик полоски из хроматографической бумаги (320 см). Через несколько секунд, когда вытяжка поднимется по бумаге на 1 – 1.5 см, высушивают бумагу на воздухе и снова погружают в раствор пигментов на несколько секунд. Эту операцию повторяют 5–7 раз до тех пор, пока у верхней границы распространения пигментов на бумаге не образуется темно-зеленая полоска. После этого погружают кончик бумажной полоски в ацетон, чтобы все пигменты поднялись на 1 – 1.5 см.

Высушив полоску до полного исчезновения запаха ацетона, ее помещают в вертикальном положении в хроматографическую камеру (цилиндр, на дно которого налита смесь растворителей бензин : бензол в отношении 1:2) и плотно закрывают крышкой.

Через 10 – 15 мин растворитель поднимается по бумаге на 10 – 12 см, при этом пигменты располагаются в виде полос в следующем порядке:

Рис.1. Распределение пигментов на бумаге.

Вклеивают полученную хроматограмму в отчет, подписывают пигменты и делают вывод о причинах разделения пигментов на бумаге.

Тема 6 Определение химических свойств пигментов листа.

Цель:ознакомить с порядком выполнения работы; сделать вывод о химических свойствах пигментов листа.

Теоретические сведения.Пигментная система хлоропласта представлена двумя типами пигментов: зелеными – хлорофиллами а и b и желтыми – каротиноидами. Основной функциональный пигмент – хлорофилл а, служит непосредственным донором энергии для фотосинтетических реакций, остальные пигменты лишь передают ему поглощенную энергию.

Ход работы:

Получение спиртового раствора (вытяжки) пигментов. Пигменты из растительной ткани извлекают полярными растворителями (этиловый спирт, ацетон), которые разрушают связь хлорофиллов и ксантофиллов с липопротеидами пластид и обеспечивают их экстрагирование. Сухие листья помещают в коническую колбу на 200 мл и ошпаривают кипятком, затем воду сливают. В колбу приливают 100 мл этилового спирта, закрывают ее корковой пробкой с обратным холодильником и ставят на баню с кипящей водой для экстрагирования пигментов. После пятиминутного кипячения содержимое колбы охлаждают и осторожно сливают в другую колбу. Экстракт используют в последующих опытах.

Разделение пигментов по Краусу. Метод основан на различной растворимости пигментов в спирте и бензине. Указанные растворители в одном сосуде не смешиваются, а образуют две фазы – верхнюю бензиновую, нижнюю спиртовую, благодаря чему компоненты смеси пигментов разделяются.

В пробирку наливают 2-3 мл спиртового экстракта пигментов, и 3-4 мл бензина. Содержимое пробирки встряхивают, закрыв ее пробкой или большим польцем, и отстаивают. По мере расслоения эмульсии бензиновый слой окрашивается в зеленый цвет из-за лучшей растворимости в нем хлорофилла. В бензин переходит и каротин, но его окраска максируется хлорофиллом. Ксантофилл остается в спиртовом слое золотисто-желтой окраски.

Если пигменты не разделяются, добавляют три- четыре капли воды и снова встряхивают. При избытке воды возможно помутнение нижнего слоя. В этом случае следует прилить немного этилового спирта и взболтать пробирку.

Зарисовывают картину распределения пигментов и делают выводы.

Омыление хлорофилла щелочью. Обрабатывая хлорофилл щелочью, можно вызвать омыление эфирных групп, т.е. отщепление остатков метилового спирта и фитола:

Образующаяся при этом соль хлорофиллиновой кислоты сохраняет зеленую окраску и оптические свойства хлорофилла, но отличается от него большей гидрофильностью.

В пробирку с 2-3 мл спиртового раствора пигментов приливают 1 мл 20%-ного раствора NaОН и взбалтывают. Пробирку ставят на кипящую водяную баню. Как только раствор закипит, пробирку вынимают и охлаждают, затем добавляют равный объем бензина и несколько капель воды. Содержимое пробирки резко встряхивают и отстаивают. В бензиновый слой переходят каротин и ксантофилл, а в спиртовой - натриевая соль хлорофиллиновой кислоты. Зарисовывают окраску слоев, указывая распределение пигментов.

Получение феофитина и обратное замещение водорода атомом металла. Атом магния сравнительно слабо удерживается в порфириновом ядре хлорофилла и при осторожном воздействии сильных кислот легко замещается двумя протонами с образованием феофитина бурого цвета:

Если на феофитин действовать солями меди, цинка или ртути , то вместо двух протонов в ядро входит соответсвующий металл и продукты реакции окрашиваются в зеленый цвет. Однако полученная окраска несколько отличается от окраски хлорофилл:

Следовательно, цвет хлорофиллов обусловлен металлорганической связью в их молекулах. Обратное введение магния в феофитин сильно затруднено. В две пробирки берут по 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов и добавляют по одной – две капли 10%-ной раствора соляной кислоты. При взбалтывании зеленая окраска хлорофилла переходит в бурую, характерную для феофитина. Одну пробирку с феоситином оставляют для контроля, а во вторую вносят несколько кристаллов ацетата меди и нагревают раствор на водяной бане до кипения. По мере нагревания бурый цвет раствора меняется на зеленый в результате образования хлорофилло подобного производного меди.

Зарисовывают окраску феофитина и медьпроизводного хлорофилла.

Оборудование:Сухие или сырые листья, этиловый спирт, бензин,20% -ный раствор NаОН, 10%-ный раствор соляной кислоты в капельнице, ацетат меди. Конические колбы с обратным холодильником, водяные бани, штативы с пробирками, пипетки на 1 мл, конические колбочки, цветные карандаши.

Лабораторная работа № 7 ФР

Цель работы: ознакомиться с методами экстракции пигментов и с их химическими свойствами.

Задание 1. Химические и оптические свойства пигментов листа

В процессе фотосинтеза высших растений участвуют две группы пигментов: зеленые – хлорофиллы а и b; желтые – каротины и ксантофиллы. Мы познакомимся с методом выделения пигментов, разделения по методу Крауса, с основными химическими и оптическими свойствами пигментов. Работа состоит из отдельных этапов, которые выполняют в приведенной ниже последовательности.

1. Получение спиртового раствора пигментов

С этой целью можно использовать как сухие листья, так и свежий растительный материал. При работе с сухими листьями рекомендуется увлажнить их перед экстракцией пигментов. При работе с сырым материалом удобны листья герани, гороха, фасоли.

Для получения большого объема экстракта употребляют высушенные листья крапивы, которые помещают в коническую колбу вместимостью 200 мл и обваривают кипятком, затем воду сливают. В колбу приливают 100 мл этилового спирта, закрывают ее пробкой с обратным холодильником и ставят на 5 минут на баню с кипящей водой для экстрагирования пигментов. Затем содержимое колбы охлаждают и раствор осторожно декантацией сливают через воронку со складчатым бумажным фильтром. Отфильтрованный раствор используют в последующих опытах. Хранить растворы пигментов следует в темноте в холодильнике.

Ход работы: 1–2 г листьев герани поместить в фарфоровую ступку, добавить немного кварцевого песка (для лучшего измельчения растительных тканей) и щепотку мела (для создания нейтральной или слабощелочной реакции среды). Листья растереть до однородной массы, в которую добавить 10–15 мл 96%-ного этанола. После тщательного перемешивания гомогенат отфильтровать в пробирку через бумажный фильтр с белой лентой. Чтобы жидкость при выливании из ступки не стекала по стенке, приставить стеклянную палочку к носику ступки, смазанному снаружи вазелином. Ступку и пестик можно ополоснуть несколькими миллилитрами этанола, который надо сливать на этот же фильтр. Работа носит качественный характер; поэтому можно не добиваться полного переноса пигментов в раствор. Если первые порции фильтрата получились мутными, их снова надо профильтровать, не меняя фильтра. Полученный экстракт зеленого цвета пригоден для последующих опытов.

2. Разделение пигментов по методу Крауса

Метод основан на различной растворимости пигментов в спирте и бензине, которые при сливании не смешиваются, образуя два слоя: верхний – бензин; нижний – спирт. Эмпирическая формула хлорофилла a – С₅₅Н₇₂О₅N₄Mg, хлорофилла b – С₅₅Н₇₀О₆N₄Mg. Хлорофилл является сложным эфиром дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов – метанола и фитола. Фитол имеет длинную углеводородную цепочку (С20Н39), которая и определяет гидрофобность молекулы хлорофилла. Он лучше растворяется в гидрофобном растворителе – бензине. Каротин, будучи углеводородом (С₄₀Н₅₆), также обладает гидрофобными свойствами и имеет большое сродство с бензином. Ксантофиллы – спирты (С40Н56О2), и поэтому они лучше растворяются в этаноле, чем в бензине.

Ход работы: в пробирку налить 2–3 мл спиртовой вытяжки пигментов и добавить 3–4 мл бензина Калоша (вместо бензина можно использовать петролейный эфир). Пробирку встряхнуть и дать отстояться содержимому. Происходит отслоение эмульсии. Сверху собирается бензин с перешедшими в него хлорофиллами, которые окрашивают данный слой в зеленый цвет. Каротин также находится в бензине, но его желтая окраска маскируется хлорофиллом. Нижний спиртовой слой содержит пигмент ксантофилл, который окрашен в желтый цвет.

Если разделение пигментов происходит недостаточно четко, в пробирку надо добавить 1–2 капли воды и снова сильно встряхнуть ее. Избытка воды следует избегать, так как может произойти помутнение раствора.

Результат работы зафиксировать в виде рисунка.

В заключение следует дать объяснение различной растворимости пигментов в спирте и бензине.

3. Омыление хлорофилла щёлочью

Сложные эфиры способны к реакции со щелочью (реакция омыления), при этом их молекула расщепляется на кислоту и спирт. Из пигментов листа омыляется только хлорофилл, от молекулы которого под влиянием щелочи отщепляются метанол и фитол:

Образующаяся при омылении натриевая соль хлорофиллиновой кислоты сохраняет зеленую окраску, но приобретает гидрофильные свойства, а значит, и большее сродство к спирту. Желтые пигменты при действии щелочи не изменяют своей химической природы.

Ход работы: в пробирку с 2–3 мл вытяжки пигментов добавить 1–2 капли 20%-ного раствора NaОН. Пробирку нагреть на водяной бане до закипания в ней раствора. После охлаждения добавить в пробирку 2–3 мл бензина и 2–3 капли воды (для лучшего разделения смеси). Затем содержимое пробирки сильно встряхнуть и дать отстояться. В пробирке должны присутствовать два слоя: нижний (спиртовый), окрашенный в зеленый цвет; верхний (бензиновый), окрашенный в желтый цвет. В спиртовом слое растворены натриевая соль хлорофиллиновой кислоты и ксантофиллы, окраска которых маскируется хлорофиллом. В бензиновом слое растворен каротин.

В конце работы зарисовать картину разделения пигментов после омыления хлорофилла.

В заключение необходимо объяснить распределение окраски в спиртовом и бензиновом слоях.

4. Получение феофитина и обратное замещение водорода атомом металла

Хлорофилл относится к Mg-порфиринам. Главной частью его молекулы является порфириновое ядро, состоящее из четырех пиррольных колец.

Их вершины с атомами азота направлены к центру порфиринового ядра и взаимодействуют с атомом магния, занимающим центральное положение. Магний в порфириновом ядре удерживается непрочно и при осторожном воздействии сильных кислот может быть замещен на два атома водорода.

Водородзамещенный хлорофилл называется феофитином и имеет бурый цвет:

Водород феофитина можно заменить снова металлом, если подействовать солями меди или цинка; при этом восстанавливается зеленая окраска пигмента. Следовательно, цвет хлорофилла зависит от наличия металлорганической связи в молекуле.

Процесс феофитинизации часто наблюдается в природе и свидетельствует об увеличении проницаемости живых мембран, а значит, о повреждении и гибели клеток.

Ход работы: в две пробирки налить по 2–3 мл спиртового раствора пигментов и прибавить по одной-две капли 10%-ной соляной кислоты. Зеленая окраска раствора переходит в бурую, так как образовался феофитин. Одну пробирку оставить для контроля, во вторую внести небольшой кристаллик уксуснокислой меди и нагреть раствор на водяной бане до кипения. Бурый цвет раствора изменится на зеленый, так как произошло образование хлорофиллпроизводного меди:

В заключение необходимо объяснить изменение окраски.

Задание 2. Разделение фотосинтетических пигментов методом бумажной хроматографии

Разделение пигментов в настоящем задании основано на различной скорости их продвижения с растворителем. Это обусловлено различной адсорбцией пигментов на бумаге и частично – разной растворимостью в бензине и массой молекул. Эмпирическая формула хлорофилла a – С₅₅Н₇₂О₅N₄Mg, хлорофилла b – С₅₅Н₇₀О₆N₄Mg. Каротин (С₄₀Н₅₆) имеет большое сродство с бензином. Ксантофиллы (С₄₀Н₅₆О₂) лучше растворяются в этаноле, чем в бензине.

Ход работы: приготовить ацетоновую (или спиртовую) вытяжку из свежих листьев любых растений. Навеска растительного материала должна составлять 2–3 г, объем ацетонового экстракта – 25 мл (100%-ный ацетон).

Из хроматографической бумаги вырезать полоску шириной 1,5–2,0 см, длиной 20 см. Держа полоску вертикально, опустить ее кончик на несколько секунд в вытяжку пигментов, налитую в бюксу. При кратковременном погружении вытяжка поднимается по бумаге на 1–1,5 см.

Затем бумагу высушить в токе воздуха и снова погрузить в раствор пигментов. Эту операцию повторить 5–7 раз, пока у верхней границы не образуется полоска ярко-зеленого цвета. После этого нижний конец хроматограммы опустить на несколько секунд в чистый ацетон, чтобы все пигменты поднялись на 1–1,5 см. Таким образом, на бумаге получают окрашенную зону в виде зеленой полоски, где сконцентрирована смесь пигментов, которую необходимо разделить.

Рис. 1. Вид хроматограммы с разделенными пигментами

Хорошо высушенную хроматограмму (до исчезновения запаха ацетона) поместить в строго вертикальном положении в камеру, на дне которой находится чашка Петри с растворителем (смесь бензин:бензол – 1:2), так, чтобы растворитель не касался зоны пигментов. Камеру герметично закрыть. Через 10–15 мин растворитель поднимется на 10–12 см. Смесь пигментов при этом разделится на отдельные компоненты в виде полос, расположенных в следующем порядке: первый снизу – хлорофилл b, над ним – хлорофилл a, затем – ксантофилл (рис. 1). Каротин продвигается вместе с фронтом растворителя быстрее других компонентов, и зона его на бумаге располагается выше всех других пигментов.

Полученную хроматограмму приклеить в тетрадь, обвести зоны пигментов карандашом и подписать.

Раздел 6. Фотосинтез

Фотосинтез - это процесс аккумулирования световой энергии растением и использования её для синтеза органических соединений из минеральных веществ - углекислого газа и воды. За счет фотосинтеза обеспечиваются потребности человека в запасах пищи, топлива, кислорода, а также сырья для разных отраслей промышленности.

Необходимыми компонентами фотосинтезирующих систем являются пигменты, которые служат первичными фоторецепторами. Поглощение пигментами световой энергии обусловлено наличием в их молекуле хроматофорных групп. Хроматофорные группы представляют собой систему сопряженных двойных связей, включающее большое число легко возбуждаемых светов π-электронов.

У всех эукариотных растений пигменты локализованы в хлоропластах. У прокариотных водорослей и фотосинтезирующих бактерий хлоропластов нет, их пигменты локализованы в мембранных структурах – тилакоидах и ламеллах.

Основные фотосинтезирующие пигменты – хлорофиллы, фикобилины и каротиноиды. Хлорофиллы по своей природе являются Mg – порфиринами. Наиболее распространены формы хлорофиллов – a, b и бактериохлорофилл. Хлорофилл а входит в состав пигментного аппарата всех фототрофов, кроме фотосинтезирующих бактерий, содержащих бактериохлорофиллы. Хлорофилл b находится в хлоропластах высших растений и в зеленых водорослях. Порфириновое кольцо хлорофилла поглощает красные и сине-фиолетовые лучи, пропуская значительную часть зеленых. Этим объясняется зеленый цвет хлорофиллов. Молекулы хлорофиллов входят в реакционные центры и принимают участие в преобразовании световой энергии.

Фикобилинпротеиды – водорастворимые пигменты красного или голубого цвета. По химической природе близки к желчным пигментам. Фикобилины входят в пигментный аппарат сине-зеленых и красных водорослей. Хроматофорами фикобилипротеидов являются фикоцианобилин и фикоэритробилин. Они поглощают световую энергию в зеленой и желтой областях. Поглощенную энергию они с высокой эффективностью передают к фотохимически активным формам хлорофилла а.

Каротиноиды- большая группа пигментов желтого, оранжевого, красного цвета. По химическому строению каротины – ненасыщенные углеводороды, содержащие только углерод и водород, а ксантофиллы содержат еще и кислород. Поглощают свет в сине-фиолетовой области.

Пигментный комплекс представляет собой сложную и лабильную систему, которая чутко реагирует на изменение внешней среды и приспосабливается к ним в пределах своей наследственной программы.

Занятие 8. Изучение свойств фотосинтетических пигментов Задание 24. Химические и оптические свойства пигментов листа

В процессе фотосинтеза высших растений участвуют две группы пигментов: зеленые - хлорофиллы а и b и желтые - каротины и ксантофиллы. Работа знакомит с методом выделения пигментов, разделения по методу Крауса, с основными химическими и оптическими их свойствами. Вся работа состоит из отдельных этапов, которые выполняют в приведенной ниже последовательности.

1. Получение спиртового раствора пигментов.

С этой целью можно использовать сухие листья и свежий растительный материал. При работе с последним удобны листья герани.

Ход работы. 1-2 листа герани поместить в фарфоровую ступку, добавить немного битого стекла для лучшего измельчения растительных тканей и щепотку мела для создания нейтральной или слабощелочной реакции в среде. Листья растереть до однородной массы, в которую добавить 10-15 мл этанола. После тщательного перемешивания гомогенат отфильтровать в пробирку через бумажный фильтр с белой лентой. Чтобы жидкость при выливании из ступки не бежала по стенке, приставить стеклянную палочку к носику ступки, смазанному снаружи вазелином. Ступку и пестик можно ополоснуть несколькими миллилитрами этанола, который надо сливать на этот же фильтр. Так как работа носит качественный характер, можно не добиваться полного переноса пигментов в раствор. Если первые порции фильтрата получились мутными, их снова надо профильтровать, не меняя фильтра. Полученный экстракт зеленого цвета может быть использован для последующих опытов.

2. Разделение пигментов по методу Крауса.

Метод основан на различной растворимости пигментов в спирте и бензине, которые при сливании не смешиваются, образуя два слоя: верхний - бензин, нижний – спирт. Эмпирическая формула хлорофилла a - С₅₅ Н₇₂ О₅ N₄ Mg, хлорофилла b - С₅₅ Н₇₀ О₆ N₄ Mg. Хлорофилл является сложным эфиром дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов - метанола и фитола. Фитол имеет длинную углеводородную цепочку (С₂₀ Н₃₉), которая и определяет гидрофобность молекулы хлорофилла. Он лучше растворяется в гидрофобном растворителе-бензине. Каротин, будучи углеводородом (С₄₀ Н₅₆), также гидрофобен и имеет большое сродство с бензином. Ксантофиллы - спирты (С₄₀ Н₅₆ О₂), и поэтому они лучше растворяются в этаноле, чем в бензине.

Ход работы. В пробирку налить 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов и добавить 3-4 мл бензина (вместо бензина можно использовать петролейный эфир). Пробирку встряхнуть и дать отстояться. Происходит отслоение эмульсии. Сверху собирается бензин с перешедшими в него хлорофиллами, которые и окрашивают данный слой в зеленый цвет. Каротин также находится в бензине, но он маскируется хлорофиллом. Нижний спиртовой слой содержит пигмент ксантофилл и окрашен в желтый цвет.

Если разделение пигментов происходит нечетко, то в пробирку надо добавить 1-2 капли воды и снова сильно встряхнуть. Избытка воды следует избегать, так как может произойти помутнение раствора.

В конце работы зарисовать картину разделения пигментов и дать объяснение различной растворимости пигментов в спирте и бензине.

3. Омыление хлорофилла щёлочью.

К реакции омыления способны сложные эфиры, при этом их молекула под влиянием воды или щелочи расщепляется на кислоту и спирт. Из пигментов листа омыляется только хлорофилл, от молекулы которого под влиянием щелочи отщепляются метанол и фитол:

Образующаяся при омылении натриевая соль хлорофиллиновой кислоты сохраняет зеленую окраску, но приобретает гидрофильные свойства, а значит, и большее сродство со спиртом. Желтые пигменты при действии щелочи не изменяют своей химической природы.

Ход работы. В пробирку с 2-3 мл вытяжки пигментов добавить 1-2 капли 20%-го раствора щелочи NaОН. Пробирку нагреть на водяной бане до закипания в ней раствора. После охлаждения добавить в пробирку 2-3 мл бензина и 2-3 капли воды для лучшего разделения смеси. Затем содержимое пробирки сильно встряхнуть и дать отстояться. Вновь наблюдаются два слоя, зеленым окрашен нижний, спиртовой, так как в нем растворена натриевая соль хлорофиллиновой кислоты. Там же располагаются ксантофиллы, но они замаскированы более темной зеленой окраской. В бензине остался свободный каротин, который и определяет желтый цвет верхнего слоя.

В конце работы зарисовать картину разделения пигментов после омыления хлорофилла, дать объяснение наблюдаемого.

4. Получение феофитина и обратное замещение водорода атомом металла.

Хлорофилл относится к Mg-порфиринам. Главной частью его молекулы является порфириновое ядро, состоящее из четырех пиррольных колец. Их вершины с атомами азота направлены к центру порфиринового ядра и взаимодействуют с атомом магния, занимающим центральное положение. Но магний в порфириновом ядре удерживается непрочно и при осторожном воздействии сильных кислот может быть замещен на два атома водорода. Водородзамещенный хлорофилл называется феофитином и имеет бурый цвет.

Водород феофитина можно заменить снова металлом, если подействовать солями меди и цинка, при этом восстанавливается зеленая окраска пигмента. Следовательно, цвет хлорофилла зависит от наличия металлоорганической связи в молекуле.

Процесс феофетинизации часто наблюдается в природе и свидетельствует об увеличении проницаемости живых мембран, а значит, о повреждении и гибели клеток.

Ход работы. В две пробирки налить по 2-3 мл спиртового раствора пигментов и прибавить по одной-две капли 10%-й соляной кислоты. Зеленая окраска раствора переходит в бурую, так как образовался феофитин. Одну пробирку оставить для контроля, во вторую внести небольшой кристаллик уксусной меди и нагреть раствор на водяной бане до кипения. Бурый цвет раствора изменится на зеленый, так как произошло образование хлороилл-производного меди:

В конце работы зарисовать обе пробирки и дать о6ъяснение причины различной окраски их содержимого.

5. Спектр поглощения пигментов.

Пигменты листа поглощают свет в пределах видимой части спектра от 400 до 700 нм, получившей название фотосинтетически активной радиации (ФАР). Отдельные пигменты обладают избирательностью поглощения участков спектра. Для спектра хлорофиллов характерно наличие двух максимумов поглощения: в красной и сине-фиолетовой области. Желтые пигменты поглощают свет только в области сине-фиолетовых лучей.

Ход работы. Для определения спектра поглощения пигментов используется спектроскоп. Этот прибор имеет различные модификации в устройстве, но общий принцип работы. Луч света попадает на призму, разлагающую его на составные цвета, которые и видны в окуляр прибора. Если на пути светового потока поместить какой-либо раствор, то в зависимости от оптических свойств растворенного вещества отдельные участки спектра будут поглощаться, что проявится в возникновении темных полос в видимом спектре.

Для наблюдения спектра поглощения зеленых пигментов к щели спектроскопа, через которую попадает свет на призму, поднести пробирку со спиртовым раствором хлорофиллов. Концентрация раствора не должна быть высокой, иначе все лучи будут поглощаться. Очень концентрированные растворы нужно разбавить в 2-3 раза и более.

Для наблюдения спектров поглощения каротина и ксантофиллов к щели прибора поднести пробирку, имеющую желтый бензиновый слой, содержащий каротин, или желтый спиртовой слой, в котором растворен ксантофилл.

В конце работы зарисовать спектр белого света и спектры поглощения хлорофиллов, каротина и ксантофиллов.

6. Флуоресценция хлорофилла.

Свойство флуоресценции характерно для хлорофилла. Оно состоит в том, что под влиянием кванта света один π-электрон молекулы хлорофилла переходит на более высокий энергетический уровень, то есть молекула возбуждается. Это состояние недолговечно, и электрон вновь возвращается на первоначальный уровень, происходит излучение. Хлорофилл флуоресцирует в красной части спектра. Более сильная флуоресценция наблюдается у хлорофилла в растворах, в листьях она очень слаба.

Ход работы. Пробирку с раствором хлорофилла рассмотреть в отраженном свете, при этом цвет раствора кажется темно-красным, бурым, коричневым. В конце работы описать явление флуоресценции.

По окончании всех этапов работы перечислить изученные химические и оптические свойства зеленых и желтых пигментов.

Задание 1. Химические и оптические свойства пигментов листа

Читайте также: