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: