Тема 2. Фотосинтез Работа 10. Разделение пигментов зеленого листа и их химические свойства.

Материалы и оборудование: 1) свежие или сушеные листья крапивы, папоротника, примулы или других растений, 2) спирт, 3) бензин, 4) 20%-й раствор КОН в капельнице, 5) уксуснокислый цинк, 6) чистый кварцевый песок, 7) ступка с пестиком, 8) воронка, 9) штатив с пробирками (5 шт), 10) спиртовка, 11) бумажный фильтр, 12) СаСО3, 14) стакан с водой, 14) пипетка, 15) держалка для пробирок, 16) спички.

Зеленые пластиды листа – хлоропласты – содержат в себе пигменты

хлорофилл А – С55Н72О5Н4Мg

хлорофилл В – С55Н70О6N4Мg

каротины– С40Н56 и ксантофиллы С40Н56О2

Эти пигменты нерастворимы в воде, но растворимы в органических растворителях (спирте, ацетоне). Для изучения их свойств пигменты необходимо извлечь из листа и провести их разделение.

Ход работы: 1. Извлечение пигментов из растительного материала. Свежие или высушенные листья измельчить ножницами, удалив из массы крупные жилки и черешки. Материал помещают в ступку, добавляют на кончике ножа СаСО3 (чтобы нейтрализовать кислоты клеточного сока) и немного чистого кварцевого песка. Очень тщательно растирают массу пестиком, понемногу приливая этиловый спирт. После получения однородной массы смазывают носик ступки с обратной стороны вазелином и по стеклянной палочке сливают полученный раствор в воронку с фильтром.

2. Разделение пигментов по Краусу. Метод основан на различной растворимости пигментов в разных органических растворителях, в частности в спирте и бензине. Налить в пробирку 1 – 2 мл спиртовой вытяжки пигментов, добавить немного больший (по сравнению с вытяжкой) объем бензина, закрыть пробирку пальцем, сильно встряхнуть несколько раз и дать отстояться. При недостаточно четком разделении пигментов необходимо добавить еще бензина и повторить взбалтывание. Избыток воды (о чем говорит помутнение нижнего слоя устраняют добавлением небольшого количества спирта. После того как смесь отстоится, отмечают окраску слоя и зарисовывают картину распределения пигментов в спирте и бензине. Сделать выводы о растворимости пигментов в этих растворителях. Необходимо иметь в виду, что золотисто-желтая окраска спиртового слоя обусловлена ксантофиллом, нерастворимом в бензине.

3. Омыление хлорофилла щелочью. По химической природе хлорофилл – сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух остатков спиртов – фитола и метилового. Формула хлорофиллина:

COOH

МgN4OH30C32

COOH

Если водород карбоксильных групп заменить остатками спиртов – метилового СН3ОН и фитола С20Н39ОН, то получится хлорофилл. При действии щелочи на хлорофилл происходит отщепление остатков спиртов (омыление эфирных групп). Соль хлорофиллина, которая при этом образуется, сохраняет зеленую окраску и оптические свойства хлорофилла, но нерастворима в бензине (в отличие от хлорофилла).

В пробирку наливают 1 – 2 мл спиртовой вытяжки пигментов и прибавляют несколько капель 20%-го раствора КОН или NaOH и взбалтыва-

ют. Приливают равный объем бензина и несколько капель воды, взбалтывают и дают отстояться.

COOCH3

C32H30ON4Mg + 2KOH =

COOC20H39

COOК

= C32H30ON4Mg + CH3OH + C20H39OH

COOК

Зарисовать расположение и окраску бензинового и спиртового слоев, сделать вывод, указав, какие вещества растворены в спирте, какие в бензине.

4. Получение феофетина и обратное замещение водорода атомом металла. В пробирку с 1 – 2 мл спиртовой вытяжки приливают 1 – 2 капли 20%-го НСl. Произойдет реакция, при которой атом магния в порфириновом ядре хлорофилла замещается двумя атомами водорода. Образуется буровато-оливковый феофетин:

С55Н72О5N4 Mg + 2HCl = C55H74O5N4 + MgCl2

В пробирку с раствором феофетина прибавить несколько кристаллов уксусно-кислого цинка и нагреть до кипения. Отметить изменение окраски. Атом цинка становится на место, где был раньше атом магния. Написать уравнение реакции.