Научно-исследовательская работа «Биологические пигменты»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2» Школьная научно­исследовательская  конференция  «Ступень в будущее» «Биологические пигменты» Секция: Естественные науки и современный мир: химия  Автор работы: Юшманов Аркадий Александрович МБОУ  «СОШ №2»,  7 – В класс Научный руководитель: Жукова Т.А.  МБОУ  «СОШ №2»,  Учитель химии 1 Салехард 2017  «Биологические пигменты.» Юшманов Аркадий Александрович Ямало­Ненецкий автономный округ, город Салехард Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2», 7 – В  класс Краткая аннотация  Как прекрасен и красочен мир природы! Какие уникальные пейзажи создает Матушка –  Природа! эстетические ценности человека. Природа и наука создают материалы для искусства, а  Природа, наука и искусство способны отражать  наше духовное содержание,  искусство облагораживает науку!  Природа   является   источником   красок   или   говоря   более   научным   языком     ­ пигментов.   И   задача   человека   –   изучить   эти   пигменты,   определить   направление   их рационального использования или переработки. химическая природа пигментов  различна. Чрезвычайное  интеллектуальное удовлетворение доставляет определение смысла окраски растений. Оказывается, растения поглощают свет и поглощенную энергию используют для синтеза питательных веществ! В мире нет практически чистых веществ, все вещества в своем   составе   имеют   примеси.   И   все­таки,   любые   смеси   можно   разделить.   Интересно выделить и очистить пигменты зеленого листа – хлорофиллы. 2 «Биологические пигменты.» Юшманов Аркадий Александрович Ямало­Ненецкий автономный округ, город Салехард Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2», 7 – В  класс Аннотация  Как прекрасен и красочен мир природы! Какие уникальные пейзажи создает Матушка –  Природа! эстетические ценности человека. Природа и наука создают материалы для искусства, а  Природа, наука и искусство способны отражать  наше духовное содержание,  искусство облагораживает науку!  Природа   является   источником   красок   или   говоря   более   научным   языком     ­ пигментов.   И   задача   человека   –   изучить   эти   пигменты,   определить   направление   их рационального использования или переработки. химическая природа пигментов  различна. Чрезвычайное  интеллектуальное удовлетворение доставляет определение смысла окраски растений. Оказывается, растения поглощают свет и поглощенную энергию используют для синтеза питательных веществ! В мире нет практически чистых веществ, все вещества в своем   составе   имеют   примеси.   И   все­таки,   любые   смеси   можно   разделить.   Интересно выделить и очистить пигменты зеленого листа – хлорофиллы. Объект исследования: Пигменты ­ это окрашенные вещества тканей организма.  Предмет исследования: хлорофилл. Гипотеза исследования:  зеленые   пигменты растений­   это сложная смесь окрашенных веществ, которые можно разделить физико­химическими способами.  Цель   исследования:  изучить   физико­химические   свойства   растительных   пигментов;   и обосновать области их применения в жизни.  Изучив теоретический материал и проведя исследования, мы сделали следующие выводы. 3 1. 2. 3. Хлорофилл   –   растительный   пигмент,   сложное   вещество органического   мира.   Находясь   в   природных   объектах,     подавляет остальные пигменты. Образуется хлорофилл в листьях зеленых растений под действием солнечного света. Зеленый пигмент листьев  это сложная смесь окрашенных веществ, которые можно разделить физико­химическими способами.  «Биологические пигменты.» Юшманов Аркадий Александрович Ямало­Ненецкий автономный округ, город Салехард Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2», 7 – В  класс СОДЕРЖАНИЕ Введение .......................................................................................................................... Глава 1. Стр.  5 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ПИГМЕНТАХ ………………………….… 6 6 1.1. Пигменты.  Общие сведения………........................................ 6 1.2. Каротиноиды  ……………………………………………….. 1.3 7 Хиноны ………………………………………………..…….. Флавоноиды ………………………………………………..… 7 1.4 1.5 Пигменты на основе порфирина ……………………………. 9 И ТАК ХЛОРОФИЛЛ……………………………………………….    9 2.1. 2.2 2.3 Химическая структура хлорофилла.……………….……….. Смысл зеленой окраски растений………………………….. Применение хлорофилла……………..…………………….. 10 11 12 Глава 2. Глава 3. 2.4 Другие пигменты…………………………………………… 12 Биологическая роль пигментов …………………………… 13 2.5 Практическая часть………………………………………………..… 14 3.1. 14 Эксперимент РАЗДЕЛЕНИЕ ПИГМЕНТОВ ПО КРАУСУ Разделение растительных пигментов методом бумажной  Хромотографии……………………........................................ 3.2. 17 Заключение …………………………………………………………… 19 Список используемой литературы ……………………………………...20 21 21 Приложение Связь с приготовлением продуктов ………………………………... Словарь ………………………………………………..…………….. 4 «Биологические пигменты» Юшманов Аркадий  Ямало­Ненецкий автономный округ, город Салехард Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2», 7 – В  класс Введение  Сегодня   все знают, что пигменты (лат. Pigmentum –краска) – это окрашенные вещества тканей организма. Их химическая природа различна. Они есть во всех клетках и выполняют самые разнообразные функции. Чрезвычайное   интеллектуальное удовлетворение ученым доставило   обнаружение   смысла   зеленой   окраски   растений.   Оказывается,   растения поглощают свет и поглощенную энергию используют для синтеза питательных веществ! В мире нет практически чистых веществ, все вещества в своем составе имеют примеси. И все­ таки, любые смеси можно разделить. Интересно  выделить и очистить пигменты зеленого листа – хлорофиллы.  Объект исследования: Пигменты ­ это окрашенные вещества тканей организма.  Предмет исследования: хлорофилл. Гипотеза исследования:  зеленые   пигменты растений­   это сложная смесь окрашенных веществ, которые можно разделить физико­химическими способами.  Цель   исследования:  изучить   физико­химические   свойства   растительных   пигментов;   и обосновать области их применения в жизни человека.  Задачи   Изучить пигменты,  их классификацию и использование человеком.  Выяснить свойства пигментов, на которых основано их применение человеком.  Определить  способы разделения смесей, о способы выделения из смеси нужного вещества.  Провести эксперименты, доказывающие состав зеленого пигмента и его свойства.  Составить рекомендации по применению и сохранению цвета пигментов. Методы исследования:     анализ литературы и научных источников по данной проблеме; эксперимент; анализ и сравнение полученных результатов. Практическая значимость работы  5 Данная работа позволяет разобраться в понятиях пигмент, способах разделения смесей и  выделении необходимого компонента из смеси. Как правильно выполнять химический  эксперимент, без ущерба своему здоровью.  Глава 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ПИГМЕНТАХ Биологические пигменты (биохромы) — окрашенные вещества, входящие в состав тканей   организмов. Цвет пигментов определяется наличием в их молекулах хромофорных групп,    избирательно поглощающих свет в определённой части видимого спектра    солнечного света[3].   Пигментная   система   живых   существ —   звено,   связывающее   световые   условия окружающей среды и обмен веществ   организма. Биологические пигменты играют важную роль в жизнедеятельности живых существ. Биологические пигменты подразделяются на несколько классов в зависимости от своего строения. Каротиноиды Каротиноиды —   наиболее   распространённый   класс   биологических   пигментов.   Они обнаружены у большинства живых существ, в том числе у всех без исключения растений,   многих   микроорганизмов.     Каротиноиды   обуславливают   окраску   многих   животных, особенно   насекомых,   птиц   и   рыб.     Каротиноиды   и   их   производные,   помимо   прочего, являются   основой   зрительных   пигментов,   отвечающих   за   восприятие   света   и   цвета   у животных[3].   К   каротиноидам   относятся   такие   пигменты,   как   каротин,   ксантофилл, ликопин, лютеин, родопсин, (зрительный пурпур) и другие. 6 Рис.1 Каротиноиды придают окраску большинству  оранжевых и красных овощей и фруктов.  Рис. 2 Ярко­жёлтая окраска яичного  желтка обусловлена наличием  ксантофиллов: лютеина и  зеаксантина Хиноны Хиноны — химические соединения, окраска которых варьирует от бледно­жёлтой до  оранжевой, красной, пурпурной, коричневой и почти чёрной. Обнаружены у многих грибов, лишайников   и в некоторых группах беспозвоночных. Широко используемый краситель  ализарин   относится к группе хинонов Рис.3 Ализарин представляет оранжево­ красные кристаллы. Рис.4 Цвет лишайников зависит от пигментов, находящихся в оболочке гиф гриба 7 Флавоноиды  Флавоноиды — пигменты,   обуславливающие наиболее яркие цвета растений — красные,   ауроны, пурпурные,   синие   части   цветов   и   плодов;   флавоны,   флавонолы, халконы  определяют   жёлтую   и   оранжевую   окраску   плодов   и   листьев.   В   природе синтезируются почти исключительно высшими растениями.   В их число входят антоцианы.   Рис. 5 Яркая окраска лепестков цветов обусловлена антоцианом.  Рис.6  Яркий цвет фруктов, ягод также обусловлен антоцианом.  Антоцианы очень часто определяют цвет    лепестков цветков, плодов и осенних листьев. Рис.7 Молекула антоциана Они обычно придают фиолетовую, синюю, розовую, коричневую, красную окраску. Эта окраска зависит от рН   клеточного содержимого. Окраска, обусловленная антоцианами, может меняться при созревании плодов, отцветании цветков —   процессах,   сопровождающихся   изменением   pH   клеточного    содержимого. Например,   бутоны   медуницы   мягкой    имеют   розовый   оттенок,   а   цветки —   сине­ фиолетовый цвет. Многие   антоцианы   достаточно   хорошо   растворимы,   например,   при   экстракции виноградного  сока из кожуры плодов они переходят в красные вина.  8 Рис. 8 Красный цвет кожицы яблок тоже обусловлен наличием антоцианов Рис.9  Изменение pH в цветках вызывает  изменение окраски цветков Медуницы  мягкой Раствор   антоцианов   в   кислой   среде   имеет   красный   цвет,   в   нейтральной —   сине­ фиолетовый, а в щелочной — желто­зеленый.[3]  Многие популярные книги неточно указывают на то, что цвет осенних листьев (включая красный цвет) — просто результат разрушения зелёного хлорофилла,  который маскировал уже   имевшиеся   жёлтые,   оранжевые   и   красные   пигменты   (ксантофилл,   каротиноид   и антоциан, соответственно). И если для каротиноидов и ксантофиллов это действительно так,   то   антоцианы   не   присутствуют   в   листьях   до   тех   пор,   пока   в   листьях   не   начнёт снижаться   уровень   хлорофиллов.   Именно   тогда   растения   начинают   синтезировать антоцианы, вероятно для фотозащиты в процессе перемещения азота[7]. Антоцианты способствуют снижению воспалительных реакций и оксидативного стресса в  кишечнике, при потреблении избыточного количества жиров и углеводов и улучшают  барьерные функции кишечника. Пигменты на основе порфирина  В   эту   группу   входят   биологические   пигменты,   в   составе   которых   присутствует порфириновый комплекс[5].      Гем,   один из  видов порфиринов, входит в состав таких соединений, как гемоглобин, билирубин, цитохром   и другие. К этой группе относятся также   растительные   пигменты —   хлорофилл,   феофитин   и т. п.   Как  правило,   пигменты этого   класса   участвуют   в   фотохимических    процессах,   а   также   являются ферментами, задействованными в обмене веществ. Их роль как собственно красителей второстепенна. Глав 2. И ТАК ХЛОРОФИЛЛ…     9 Схема 1. Хлорофилл в природе Молекула хлорофилла   Цвет листвы фотосинтезирующих растений обусловлен высокой концентрацией хлорофилла хлорофилл содержится в клетках хлоропластов. Хлорофилл присутствует во всех фотосинтезирующих организмах – высших растениях,  водорослях, сине­зеленых водорослях, фотоавтотрофных простейших и бактериях.    Некоторые высшие растения, наоборот, лишены хлорофилла (как, например, петров  крест).  Химическая структура хлорофилла. Хлорофиллы органические соединения, сложные белки, имеющие структуру, как показано  на рисунке: Рис. 10 Молекула хлорофилла 10 Удаление   магния,     легко   достигаемое   мягкой   кислотной   обработкой,     дает   продукт, известный   как   феофитин. хлорофиллидина.      Гидролиз   хлорофилла   приводит   к   образованию Все эти соединения интенсивно окрашены и сильно флуоресцируют,   исключая те случаи, когда они растворены в органических растворителях  в строго безводных условиях. Они имеют характерные спектры поглощения,  пригодные для качественного и количественного определения состава пигментов. Для этой же цели часто используются также данные о растворимости    этих   соединений   в   соляной   кислоте,     в   частности   для   определения наличия или отсутствия этерифицированных спиртов.  Хлорофиллы неустойчивы на свету; они могут  окисляться    до алломерных хлорофиллов на воздухе растворе метанола или этанола.  Хлорофиллы   образуют  комплексы   с   белками  и   могут   быть  выделены   в  таком   виде.   В составе   комплексов   их   спектры   поглощения   значительно   отличаются   от   спектров свободных хлорофиллов в органических растворителях. Хлорофиллы   можно   получить   в   виде   кристаллов.   Добавление   H2O   или   Ca2+ к органическому растворителю способствует кристаллизации.   Таблица №1. Виды хлорофиллов  Хлорофилл а Хлорофилл b Хлорофилл с1 Хлорофилл с2 Хлорофилл d Хлорофилл f C55H72O5N4 Mg ­CH3 ­CH=CH2 ­CH3 ­CH2CH3 ­ CH2CH2CO O­Phytyl C55H70O6N4 Mg ­CH3 ­CH=CH2 ­CHO ­CH2CH3 ­ CH2CH2CO O­Phytyl C35H30O5N4 Mg ­CH3 ­CH=CH2 ­CH3 ­CH2CH3 ­ CH=CHCO OH C35H28O5N4 Mg ­CH3 ­CH=CH2 ­CH3 ­CH=CH2 ­ CH=CHCO OH C54H70O6N4M g ­CH3 ­CHO ­CH3 ­CH2CH3 ­ CH2CH2COO ­Phytyl C55H70O6N4 Mg ­CHO ­CH=CH2 ­CH3 ­CH2CH3 ­ CH2CH2CO O­Phytyl Одинарная Одинарная Двойная Двойная Одинарная Одинарная Формула C2 группа C3 группа C7 группа C8 группа C17 группа C17­C18  связь Распростране ние Везде Большинств о наземных  растений Некоторые  водоросли Некоторые водоросли Цианобактер ии Цианобакте рии Смысл зеленой окраски растений В   XIX   веке   чрезвычайное   интеллектуальное   удовлетворение   ученым   доставило обнаружение смысла зеленой окраски растений. Оказывается, растения поглощают свет и 11 поглощенную   энергию   используют   для   синтеза   питательных   веществ!   Нужно   было выделить   и   очистить   пигменты   зеленого   листа   –   хлорофиллы.   А   они   так   близки   по свойствам, что разделить их не удавалось. Михаил Семёнович Цвет является творцом этого метода анализа, открывшего широчайшие возможности   для   тонкого   химического   исследования.   В   XIX   веке   чрезвычайное интеллектуальное удовлетворение ученым доставило обнаружение смысла зеленой окраски растений. Оказывается, растения поглощают свет и поглощенную энергию используют для синтеза питательных веществ! Нужно было выделить и очистить пигменты зеленого листа – хлорофиллы. А они так близки по свойствам, что разделить их не удавалось. Михаил Семенович Цвет бился над задачей разделения пигментов зеленого листа. Он взял стеклянную   трубку,   наполнил   ее   порошком   мела   и   на   верхний   слой   налил   немного спиртового экстракта листьев. Экстракт был буро­зеленого цвета, и такого же цвета стал верхний слой меловой колонки. А затем Михаил Семенович начал по каплям лить сверху в трубку с мелом чистый спирт. Капля за каплей очередная его порция растворяла пигменты с крупинок мела, передвигаясь вниз по трубке. В результате в столбике мела получались однородные   окрашенные   полосы   чистых   веществ.   Это   было   прекрасно.   Ярко­зеленая полоса, полоса чуть желтее зеленого – это два вида хлорофиллов и яркая желто­оранжевая полоса каротиноидов. Цвет назвал эту картину хроматограммой[9]. Метод был так странно прост, что большая часть современников или не восприняла это удивительное открытие, или, что еще печальнее, резко восстала против его автора. Молчание длилось почти 30 лет... В 1944 году английские химики предложили метод бумажной хроматографии. Сегодня использование принципа хроматографического разделения веществ – основа большинства достижений в науке и технике. Применение хлорофилла.  Хлорофилл   находит   применение   как   пищевая   добавка  (Регистрационный   номер   в европейском   реестре   E140),   однако   при   хранении   в   этанольном   растворе,   особенно   в кислой   среде,   неустойчив,   приобретает   грязно­коричнево­зеленый   оттенок,   и   не   может использоваться   как   натуральный   краситель.   Нерастворимость   нативного   хлорофилла   в воде также ограничивает его применение в качестве натурального пищевого красителя. Но хлорофилл вполне успешно используется в качестве натуральной замены синтетических красителей при изготовлении кондитерских изделий  12 Производное хлорофилла — хлофиллин медный комплекс (тринатриевая  соль) получил распространение в качестве пищевого красителя (Регистрационный номер в европейском реестре E141). В отличие от нативного хлорофилла, медный комплекс устойчив в кислой среде, сохраняет изумрудно­зеленый цвет при длительном хранении и растворим в воде и водно­спиртовых растворах. Американская (USP) и Европейская (EP) фармакопеи относят хлорофиллид   меди   к   пищевым   красителям,     однако   вводят   лимит   на   концентрацию свободной и связанной меди (тяжелый металл).  Другие пигменты. Меланин — один из самых распространённых пигментов у животных,  обуславливающий их   У тёмную   окраску.   Также   встречается   у   растений   и   микроорганизмов. позвоночных  синтезируется   в   особых   клетках —   меланоцитах[3].   Меланины   широко распространены   в   растительных   и   животных   тканях,   а   также   у   простейших.   Они определяют окраску кожи и волос, например масти лошадей,   цвет перьев птиц (совместно с интерферационной   окраской), чешуи рыб, кутикулы  насекомых. Меланины поглощают ультрофиолетовые лучи,   и тем самым защищают ткани глубоких слоёв кожи от лучевого повреждения. Другой недавно обнаруженной функцией является усвоение    некоторыми грибами ультрофиолетового  и гамма­излучения   для обеспечения жизнедеятельности[2].  Люцефирины   —   группа   светоизлучающих   биологических   пигментов,   встречаются   у организмов, способных к биолюминесценции.   Представляют собой небольшие молекулы, служащие субстратом для соответствующих ферментов люцефераз,   осуществляющих их окисление[6].   Биологическая роль пигментов  Природные   пигменты   выполняют   множество   функций.   Они   определяют   окраску организмов, важную для их приспособления к внешней среде. Окраска отдельных частей растений   служит   для   привлечения   насекомых­опылителей и   птиц,   распространяющих семена,   окраска   тела   у   животных   способствует   защите   от   врагов,   маскирует   их   при выслеживании добычи или предупреждает врагов о ядовитости. Также эти пигменты могут осуществлять   защиту   организма   от   ультрофиолетового   излучения    солнца.   Многие природные   пигменты   принимают   участие   в   фотохимических   процессах,   в   частности хлорофилл,   бактериофилл,   бактериородопсин   являются   фотосинтезирующими    13 ферментами,   родопсин    животных   задействован   в   зрительном   процессе.   Дыхательные пигменты   (гемоглобин,   гемэритрин,   гемоцианин,   цитохромы,   дыхательные   хромогены   и др.)  участвуют в переносе кислорода   к тканям и тканевом дыхании[10].   Биологические   пигменты,   как   правило,   находятся   в   различных   структурах   клетки,    реже — в свободном состоянии в жидкостях организма. Так, хлорофилл расположен в хлоропластах,   каротиноиды — в хромопластах и хлоропластах, гемоглобин, как правило, в эритроцитах,   меланин — в меланоцитах. Ряд   природных   пигментов   нашёл   применение   как   красители   в   промышленности.     В частности, широко применяются краски на основе ализарина,     ранее применялись такие природные красители, как индиго, кармин, шафран   и другие. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАЗДЕЛЕНИЕ ПИГМЕНТОВ ПО КРАУСУ Метод   основан   на   различной   растворимости   пигментов   в   спирте   и   бензине.   Сродство пигментов к полярным (спирт, ацетон) и неполярным (бензин) растворителям определяется степенью их полярности. 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. 14 Убедиться в том, что в спиртовой вытяжке наряду с хлорофиллом присутствуют жёлтые пигменты, можно, используя их различную растворимость в спирте и бензине. Из пигментов группы   каротиноидов   в   хлоропластах   находится   преимущественно   жёлто­оранжевый каротин и золотисто­жёлтый ксантофилл. Все пигменты можно выделить из листа спиртом, но растворимость хлорофилла и каротина в бензине выше, чем в спирте. Ксантофилл в бензине не растворяется[6]. Методика проведения опыта: В пробирку налил 2 – 3 мл вытяжки, столько же бензина и 1 – 2 капли воды. Закрыв пальцем пробирку, взболтал в течение 2 – 3 мин.   Результат.    Через некоторое время жидкость разделилась на 2 слоя: бензин, как более легкий, оказался наверху, спирт – внизу. Оба слоя приобрели различную окраску: бензиновый – зеленую, спиртовой – жёлтую. Жёлтый цвет спиртовому раствору придает пигмент ксантофилл. В бензиновом слое находятся 2 пигмента: хлорофилл   и   каротин,   который   не   заметен   из­за   интенсивно­ зеленого цвета хлорофилла. Рис. и бензине 11   Разделение пигментов основанной на различной растворимости в спирте Действие щелочи на хлорофилл. По химическому составу хлорофилл представляет сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина. Хлорофиллин представляет собой азотосодержащее металлоорганическое соединение,   относящееся   к   магний­порфиринам.   В   центре   молекуле   хлорофилла расположен атом магния, который соединён с четырьмя азотами пиррольных группировок. В   пиррольных   группировках   хлорофилла   имеется   система   чередующихся   двойных   и простых   связей.   Это   и   есть   хромофорная   группа   хлорофилла,   обуславливающая   его окраску[2]. При взаимодействии сложных эфиров со щелочами (реакция омыления) происходит разрыв сложноэфирных   связей   с   образованием   соли   данной   кислоты   и   спиртов.   В   результате реакции омыления образуется соль хлорофиллина и 2 спирта: метиловый и фитол. 15 Методика выполнения эксперимента: Получение спиртовой вытяжки хлорофилла.                           Рис.12  Получение спиртовой вытяжки хлорофилла Налил в пробирку 2 – 3 мл спиртовой вытяжки пигментов, добавил 4 – 5 капель 20%­ного раствора щелочи и взболтал смесь. Произошла реакция взаимодействия  хлорофилла со щелочью. Цвет раствора не изменился, так как соли хлорофиллина имеют зеленую окраску. Затем добавил  бензин, чтобы  общий объем жидкости в пробирке увеличился  в 2 раза, взболтал и дал отстояться. Результат: Нижний спиртовой слой окрасился в зеленый цвет благодаря присутствию в  нём натриевой соли хлорофиллина, которая, в отличие от хлорофилла, в бензине не  растворима. Здесь же, в спиртовом слое, находился пигмент ксантофилл, но его окраска  16 маскируется интенсивно зелёным цветом натриевой соли хлорофиллина. Рис.13   Получение натриевой соли хлорофиллина. Вывод: Опыты по разделению пигментов спиртовой вытяжки листа показывают, что она содержит два жёлтых пигмента: каротин и ксантофилл. Количественное соотношение их в растениях примерно равное. Определение наличия магния в  хлорофилле Наличие магния можно легко обнаружить. Для этого надо подействовать на спиртовую вытяжку хлорофилла слабым раствором соляной или какой­либо другой кислоты[1]. При этом   произойдёт   изменение   окраски   –   вытяжка   приобретает   жёлто­бурый   оттенок. Хлорофилл без магния получил название феофитина. В молекуле феофитина сравнительно легко ввести обратно какой­нибудь металл и  восстановить металлоорганическую связь. Для этого к раствору феофитина прибавляют  ацетат меди или ацетат цинка и нагревают. Цинк или медь входят в молекулу хлорофилла,  и вытяжка становится опять зелёного цвета. Методика проведения эксперимента: В пробирку со спиртовой вытяжкой хлорофилла добавил разбавленный раствор соляной кислоты   (1:20)   до   изменения   цвета   спиртовой   вытяжки   (бурый   оттенок).   Образовался 17 феофитин.   (Спиртовая   вытяжка   –   5   мл,   соляная   кислота   –   25   капель).   Пробирку необходимо постоянно встряхивать. К  раствору  феофитина,  полученному  в  первом  опыте   добавил  кристаллический   ацетат цинка 0,1 г (избыток) и нагрел на водяной бане в течение 5 минут. Раствор приобрел опять зелёное окрашивание. Образовался хлорофилл[1].  Результат + HCl   + (CH3COO)2Zn Раствор феофитина Раствор хлорофилла                                                         2. РАЗДЕЛЕНИЕ КРАСИТЕЛЕЙ ИЗ РАСТЕНИЙ МЕТОДОМ  БУМАЖНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ. Вначале приготовил раствор красителя. Для бумажной хроматографии его понадобиться менее 10­15 капель. Достаточно растереть два маленьких листочка и для извлечения из них красящих веществ добавил 2 мл пропанона (ацетона). Я выбрал восходящую хроматографию[9]. Выреал из бумаги полоску шириной 1 см. На одном   конце   сделал   полоску   поуже,   чтобы   получился   вытянутый   “язычок”.   Над   тем местом,   где   полоска   начинает   сужаться,   простым   карандашом   нанес   линию  старта.   На середину  этой  линии   нанес   одну  за  другой  несколько   капель   приготовленной   вытяжки хлорофилла.   Каждую   следующую   каплю   наносил   только   после   того,   как   высохнет предыдущая, и нужно следить, чтобы пятно на старте не получилось слишком большим. Поэтому раствор наносил на бумагу пипеткой с тонко оттянутым концом. Для ускорения высушивания поместил полоску на нагретый кусок листового металла или батарею. Капли нужно   наносить   до   образования   на   линии   старта   пятна   интенсивного   зеленого   цвета. 18 Подвесил   полоску   бумаги   в   пробирке   так,   чтобы   язычок   на   1   см   был   погружен   в растворитель (хромотографическая жидкость, бензин). Под действием капиллярных сил растворитель   поднимался   по   бумаге,   а   вместе   с   ним   поднимается   и   краситель.   Но продвигались по бумаге они  с различной скоростью. Медленнее всех поднимался желто­зеленый хлорофилл b, быстрее – ксантофилл и еще быстрее   сине­зеленый   хлорофилл   а.   С   фронтом   растворителя   поднимался   желтый   или оранжевый   каротин.   После   высушивания   язычок   бумажной   полоски   погружал   в   2Н cоляную кислоту. Результат:  Рис. 14  Разделение пигментов листа методом хромотографии Каротин Феофитин Хлорофилл а Хлорофилл б Лютеин Видаксантин неоксантин Рис. 15 Хроматограмма зелёного пигмента  растений. 19 Заключение Изучив теоретический материал и проведя исследования, мы сделали следующие выводы: 1. Хлорофилл – растительный пигмент, сложное вещество органического мира. Находясь в природных объектах,  подавляет остальные пигменты. 2. Образуется   хлорофилл   в   листьях   зеленых   растений   под   действием солнечного света. 3. Зеленый пигмент листьев это сложная смесь окрашенных веществ, которые можно разделить физико­химическими способами.       Природные  пигменты имеют  различную растворимость в спирте и бензине и опираясь на это можно выделить их индивидуально из смеси.             Опыты по разделению пигментов спиртовой вытяжки листа показывают, что она содержит два жёлтых пигмента: каротин и ксантофилл. Количественное соотношение их в растениях примерно равное.            Используя данные о растворимости пигментов в различных растворителях можно подобрать вещества, с помощью которых их можно удалить с поверхности ткани.            В молекуле феофитина сравнительно легко ввести обратно какой­нибудь металл и восстановить металлоорганическую связь. Для этого к раствору феофитина прибавляют ацетат меди или ацетат цинка и нагревают.             Изучил метод разделения смесей – хромотографию. Выяснил, что медленнее всех поднимался   желто­зеленый   хлорофилл   b,   быстрее   –   ксантофилл   и   еще   быстрее   сине­ зеленый   хлорофилл   а.   С   фронтом   растворителя   поднимался   желтый   или   оранжевый каротин. 20 «Биологические пигменты.» Юшманов Аркадий Александрович Ямало­Ненецкий автономный округ, город Салехард Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2», 7 – В  класс Список использованной литературы: 1. Астафуров В.И.. Основы химического анализа. Москва. Просвещение. 1983 год. 2. Батурицкая Н.В., Т.Д.Фенчук Удивительные опыты с растениями, – Минск,  “Народная асвета”, 1991, с. 54 – 61. 3. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. — Москва: Мир, 1986. — 422 с.  4. Всеволодов Н. Н. Биопигменты — фоторегистраторы: фотоматериал на  бактериородопсине. — Москва: Наука, 1999. — 224 с. — (Теоретическая и  прикладная биофизика). — ISBN 5­02­003930­6. 5. Грандберг И.И.Органическая химия, – Москва, “Дрофа”, 2002 6. Гроссе Э.. Х. Вайсмантель. Химия для любознательных. Ленинград. "Химия".  Ленинградское отделение. 1987 год. 7. Конев С. В., Волотовский И. Д. Введение в молекулярную фотобиологию. —  Минск: Наука и техника, 1971. — 230 с. 8. Крешков А.П.Основы аналитической химии, – Москва, “Химия”, 1970 21 9. Нифантьев Э.Е., М.К.Верзилина, О.С.Котлярова Внеклассная работа по химии с  использованием хроматографии, – Москва, “Просвещение”, 1983, с.7 – 8. 10. Энциклопедический словарь юного химика. Москва. "Педагогика". 1990. Интернет­ресурсы 1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Биологические_пигменты 2. https://traditio.wiki/Природные_органические_пигменты ПРИЛОЖЕНИЕ Связь с приготовлением продуктов  В западной культуре ярко­зелёные овощи считаются более привлекательными, чем более тёмные   овощи   оливкового   цвета.   Наличие   нежелательного   цвета   вызвано   присутствием феофитина,   который   может   образовываться   при   приготовлении   в   кислой   среде   или продолжительной   готовке.   Для   сохранения   яркости,   необходимо   использовать   методы приготовления овощей, которые сведут к минимуму образование феофитина, например, приготовление пищи в открытой посуде обеспечит выход летучих кислот и сократит время приготовления, способствуя сохранению зелёного цвета.  Словарь   — жёлчный пигмент, один из главных компонентов жёлчи в организме  Билируб нии человека и животных.  ии Видимый спектр =в  димое излуч ние человеческим глазом. еи  — электромагнитные волны, воспринимаемые  22 Гематохром — красный или красно­оранжевый пигмент  Гемоглоб нии обладающих кровообращением, способный обратимо связываться с кислородом,    — сложный железосодержащий белок животных,  обеспечивая его перенос в ткани. Индиго — органическое вещество, кристаллы синего цвета, кубовый краситель.  Рис. 16 Молекула индиго Кармин — красный краситель, получаемый из карминовой кислоты, производимой  самками насекомых кошенили. Кармин зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е120.  Рис. 17  Кошенили на листе   Каротин — жёлто­оранжевый пигмент  Ксантоф ллыии Меланины — природные черные, коричневые, красные или желтые[1] пигменты. Люциферин — класс светоизлучающих биологических пигментов, обнаруженных в   — группа кислородосодержащих пигментов желтого цвета  организмах, способных к биолюминесценции.  .  — азот, чёрный — углерод, красный — кислород, белый — водород  Рис. 18  Молекула люциферина светлячка. Жёлтый — сера, синий  еи   макроцикла,  — электрически   нейтральная частица,   образованная   из   двух   или   более Мол кула связанных ковалентными связями атомов. Порфирины — природные и синтетические тетрапиррольные соединения, формально — производные порфина,   образованного   четырьмя пиррольными ядрами, соединенными по  α ­положениям четырьмя метиновыми группами 23 Рис. 19  Простейший порфирин   Родопсин (зрительный   пурпур) —   основной   зрительный пигмент. в палочках сетчатки глаза морских   беспозвоночных,   Содержится   рыб,   почти   всех   наземных  —   зелёный пигмент,   окрашивающий хлоропласты растений в зелёный   цвет. позвоночных и человека и по данным недавнего исследования в клетках кожи меланоцитах Хлороф ллии При его участии осуществляется процесс фотосинтеза. Хромоф рыои Цвет Михаил Семёнович (14 мая 1872 — 26 июня 1919) — русский ботаник­физиолог и биохимик   растений.   Создал хроматографический   метод.   Исследовал пигменты листьев  —группы атомов, обуславливающие цвет химического соединения. растений, получил в чистом виде хлорофиллы a, b и c и ряд изомеров ксантофилла.  Шафр наи рылец цветков шафрана посевного  — пряность и пищевой краситель оранжевого цвета, получаемый из высушенных     Рис.20 Шафран посевной Фотоотчет по работе с пигментами Получение вытяжки различных природных  пигментов 24 Хромотограммы состава синтетических пигментов                                                       Работа с синтетическими пигментами Некоторые растительные пигменты можно использовать в домашних условиях в качестве  индикаторов. Например, базилик фиолетовый.  однолетнее травянистое растение; растение разводят повсюду в              мире как домашнюю («кухонную») пряность. Базил к фиолетовый ии , (лат. Ocīmumbasilīicum)   25 вид рода Базилик (Ocimum)  подсемейства Котовниковые (Nepetoideae)  семейства Яснотковые (Lamiaceae).  В   кислой   среде     вытяжка   из   базилика   фиолетового   приобретает   интенсивно   розовую окраску, в щелочной среде – изумрудный цвет. В  домашних условиях кислая среда была достигнута используя лимонный сок, а щелочная – добавлением пищевой соды. Изучив состав и свойства пигментов, я подбирал растворители для удаления случайно полученных   пятен   красителей:   от   зеленой   травы(пигменты   группы   порфиринов: хлорофилл), от ягод (пигменты группы флавоноидов). 26 В качестве растворителей были использованы спирт, эфир, «Белизна», «Тайд». Полученные пигменты можно использовать и для художественного творчества младших школьников и всех любителей рисовать: 27 28