Работа 4. Химические свойства пигментов листа

Цель: изучить химические свойства пигментов листа

 

Объекты, реактивы, оборудование: свежие листья фуксии и бальзамина, спиртовая вытяжка пигментов; бензин, вода, этиловый спирт, 20% КОН или NаОН, 10% НCl, уксуснокислый цинк в порошке, пробирки, скальпели или металлические шпатели, спички, спиртовка.

Краткие сведения

 

Помимо оптической характеристики, важным физико-химическим свойством пигментов является их растворимость в ряде растворителей. На различной растворимости пигментов основан еще один метод их разделения ^___ жидкостная хроматография.

Ксантофиллы можно отделить по методу Крауса. Они, будучи по химической природе двухатомными спиртами, обладают более высокой гидрофильностью и поэтому значительно хуже других пигментов растворимы в бензине.

Каротин легче отделить от смеси пигментов путем омыления хлорофиллов. Хлорофилл, благодаря наличию фитольного «хвоста» обладает высокой растворимостью в бензине. При омылении его раствором щелочи происходит отщепление спиртов, фитола и метанола. Оставшаяся часть молекулы ^___ двухосновная кислота хлорофиллин ^___ образует соль хлорофиллина с калием, которая, как и все соли вообще, растворима в воде, т.е. гидрофильна, и нерастворима в бензине. В результате после омыления в бензине остается только высоколипофильный каротин. Реакция омыления идет следующим образом.

 

COOК

│

C₃₂H₃₀ON₄Mg + 2KOH → C₃₂H₃₀ON₄Mg + CH₃OH + C₂₀H₃₉OH

│

COOК

Соли хлорофилла, как и хлорофилл, имеют зеленую окраску, поскольку при омылении не затрагивается структура порфиринового ядра, придающего молекуле зеленый цвет. Способность хлорофилла к реакции омыления показывает, что он является сложным эфиром и, как другие сложные эфиры (например, жиры), способен расщепляться под действием щелочи с образованием солей. Желтые пигменты со щелочами не реагируют.

В центре порфиринового ядра молекулы хлорофилла находится атом магния. Осторожным воздействием разбавленных и слабых кислот атом магния можно заместить на водород. Образуется безмагниевое производное хлорофилла оливкового цвета ^___ феофитин:

COOCH₃ COOCH₃

│ │

C₃₂H₃₀ON₄Mg +2HCl → C₃₂H₃₂ON₄ + MgCl₂

│ │

COOC₂₀H₃₉ COOC₂₀H₃₉

 

Реакция феофитинизации показывает, что зеленая окраска хлорофилла в значительной степени связана с присутствием атома металла магния. Об этом также свидетельствует реакция восстановления металлоорганической связи:

 

COOCH₃ COOCH₃

│ │

С₃₂Н₃₂ОN₄ + Zn(CH₃COO)₂ → C₃₂H₃₀ON₄Zn + 2CH₃COOH

│ │

COOC₂₀H₃₉ COOC₂₀H₃₉

 

Реакция между феофитином и солью какого-либо металла, например, уксуснокислым цинком, приводит к замещению водорода металлом и восстановлению зеленой окраски. Получается цинкпроизводное хлорофилла. Однако это соединение уже не обладает свойствами хлорофилла.

Ход работы

 

Разделение пигментов методом Крауса — демонстрирует различную растворимость пигментов в полярных и неполярных растворителях. К 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов добавляют равное количество бензина, встряхивают, вносят 2-3 капли воды (для лучшего разделения слоев), снова осторожно встряхивают и дают отстояться (сильное встряхивание нежелательно, так как образуется стойкая эмульсия и раствор становится мутным). В результате происходит разделение содержимого пробирки на два слоя: верхний, бензиновый, окрашенный в зеленый цвет (содержит хлорофилл, а также каротин), и нижний, спиртовой, окрашенный в желтый цвет (благодаря наличию ксантофиллов). Если оба слоя окрашены в зеленый цвет, значит, разделение проведено неудачно. В таком случае следует добавить еще немного бензина, хорошо встряхнуть пробирку, внести 1-2 капли воды, снова осторожно встряхнуть и дать отстояться. Если нижний слой недостаточно прозрачен из-за избытка воды, добавить немного спирта.

Реакция омыления с последующим выделением каротина демонстрирует, с одной стороны, растворимость пигментов, с другой ^___ свойства хлорофилла как сложного эфира. К 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов добавляют 2-3 капли 2% раствора щелочи, многократно встряхивают пробирку для лучшего контакта пигментов со щелочью, приливают равный объем бензина, снова осторожно встряхивают, вносят 1-2 капли воды, встряхивают и дают отстояться, пока не произойдет четкое расслоение смеси на две зоны: верхнюю, желтого цвета, содержащую каротин, и нижнюю, зеленого цвета, содержащую калиевую соль хлорофилла.

 

Реакция феофитинизации доказывает наличие магния в молекуле хлорофилла. В две пробирки с 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов добавляют по 2-3 капли 10% соляной кислоты и встряхивают. (Более концентрированные кислоты непригодны, так как вызывают необратимое разрушение порфиринового ядра хлорофилла). Под действием кислоты образуется феофитин оливково-бурого цвета.

Реакция восстановления металлорганической связи показывает, что зеленая окраска хлорофилла обусловлена наличием в нем металла.

В одну из пробирок с раствором феофитина вносят на кончике скальпеля уксуснокислый цинк и доводят до кипения. Если окраска не изменится, следует добавить еще немного соли цинка и снова нагреть. Происходит изменение оливковой окраски на изумрудно-зеленую.

Результаты по изучению химических свойств записать по форме в таблицу 1.

Таблица 1

Исходное вещество	Добавленное вещество	Окраска раствора (рисунок)	Полученное вещество

Сделать вывод о физико-химических (растворимость в полярных и неполярных растворителях) и химических свойствах хлорофилла и каротиноидов.