) . Пост очень длинный.
Надеюсь, вы запаслись необходимыми ингредиентами? Сегодня мы будем извлекать хлорофилл. В разных книгах и фильмах о магических лабораториях, обязательно есть сосуд заполненный светящейся зеленой жидкостью, над которой дымится сизоватый туман...
На самом деле это не столь далекая от реальности волшебная картинка. Но не буду забегать вперед.

Получение хлорофилла и изучение его свойств

Цель: извлечение хлорофилла из зеленых растений для изучения его свойств.

Материалы и оборудование :

2-3 листочка комнатного растения (герани, традесканция, подойдут и другие зеленые растения, но избегайте брать ядовитые, например, алоказию). Листья нужно брать темно-зеленые, с большим содержанием хлорофилла.

15 мл медицинского спирта (в идеале 95%, но сгодится и 70%, тогда немного увеличим спиртовой объем). Если вы решите делать опыт 3, то есть смысл сделать экстракта побольше.

Мел - небольшой кусочек.

Фарфоровая посуда с фарфоровым пестиком, ложкой (в идеале фарфоровая ступка с пестиком)

Маленькая воронка, для процеживания.

Фильтровальная бумага (можно попробовать заменить плотной салфеткой )

Пробирки и небольшой стаканчик.

Фонарик.

Черная бумага (для оборачивания пробирки), клей, резиночка или скотч для закрепления.

Ножницы, нож.

Опыт 1. Экстракция хлорофилла

Ход работы:

Экстрагирование - это выделение вещества под действием растворителя. Экстракция хлорофилла проводится спиртом, так как именно в нем, зеленый пигмент растворяется. В основе этого волшебства лежит обыкновенная диффузия.

1. Измельчите листья с помощью ножниц (или ножа), поместите в фарфоровую ступку и растирайте пестиком. Когда масса станет более или менее кашеобразной, добавьте немного спирта, продолжая растирать.
PS: в идеале для лучшего перетирания добавляют крошку стекла, но мы обойдемся и без нее.

У меня нет фарфорового пестика, вместо него я использую фарфоровую солонку. Очень удобно в обращении, как оказалось.

2. Добавьте в массу меловую крошку (маленькую щепотку). Это необходимо, чтобы нейтрализовать кислотность клеточного сока, выходящего из вакуолей. Кислоты клеточного сока обладают способностью разрушать хлорофилл, тогда вытяжка становится непригодной для опытов. А мел исправляет ситуацию.

3. Продолжая растирать кашицу, добавьте постепенно оставшийся спирт. Должен получиться изумрудный цвет жидкости.

4. Процеживаем через воронку с фильтром. Будет очень хорошо если у вас найдется настоящая фильтровальная бумага. Если ее нет, но можно воспользоваться промокашкой (жаль их перестали добавлять в тетради), или плотными салфетками, слоем ваты от ватного диска. Вата поглотит много жидкости. Поэтому, если станете ее использовать, то стоит сделать экстракта побольше. На рисунке ниже показано как правильно сложить фильтр для процесса из промокашки.


Внимание! Когда будете прикладывать фильтр в воронку, не используйте воду, для того, чтобы бумага прилипла к воронке, иначе опыт может не получиться.

Фильтруем в стаканчик. Это займет какое-то время, минут пять или больше. Чтобы как-то занять ребенка в процессе ожидания, можно поиграть в слова, которые любят зеленый цвет. Но вот фильтрация завершилась.
Поздравляю, вы получили фильтрат. Наш фильтрат называется "вытяжка хлорофилла" или его спиртовой экстракт.

Опыт 2. Какого цвета вытяжка хлорофилла?

"Что за странный вопрос!" - возмутитесь вы. Конечно, зеленого! А вот так ли это на самом деле? Будем разбираться.
Ход работы:
1. Поднесем полученный экстракт к черной бумаге напротив окна. Что наблюдаете?

Красивый, правда? Кажется, будто светится изнутри. На самом деле он и правда светится! Это явление флуоресценции - то есть свечение веществ при поглощении ими света. Так вот, вытяжка хлорофилла - флуоресцентный раствор! Удивительно, но кажется, мы с вами раскрыли тайну необычного наполнения алхимической бутылочки со светящимся магическим раствором! Разве не чудо?

2. А теперь ответим на вопрос почему же не стоило смачивать водой фильтр, и почему в опыте используют именно спирт, а не водку. Что будет если мы добавим водички? Отлейте в пробирку немножко полученного экстракта и прибавьте к ней воды, около четверти от объема экстракта. Что наблюдаете?

Стоит добавить водицы, как раствор мутнеет, и больше не светится.

Если же мы прибавим к небольшому количестве экстракта сока лимона (или уксус), то раствор станет болотно-желтый, а если бы мы использовали сильную концентрированную кислоту, то он стал бы бурым. Это происходит потому, что магний, что стоит в центре молекулы хлорофилла, вытесняется водородом из кислоты и вместо хлорофилла формируется феофитин.

А оставшийся экстракт мы применим для изучения свойств флуоресценции. Хочу предупредить, что данный опыт может не получиться, если экстракта мало. Объем необходимый для опыта не менее 10 мл экстракта.

Опыт 3. Флуоресценция хлорофилла

Ход работы:
1. Обернем пробирку трубкой из черной бумаги, чтобы свет не попадал с боков на вытяжку.

2. Поместим источник света (фонарь или лампу) внизу, так, чтобы свет проходил снизу пробирки, а сами будем смотреть на вытяжку сверху.

3. Добавим совсем немного, 1 мл вытяжки в пробирку. Отметим цвет.

4. Добавим еще 2 мл вытяжки к раствору в пробирке. Изменился ли цвет?
Вскоре вы увидите, что цвет из изумрудно-зеленого становится жестче, ближе к холодной синеватой нотке.

5. Еще немного вытяжки добавьте. Отмечайте как изменяется цвет раствора в пробирке, если смотреть на него сверху.

6. Когда вы добавите достаточно много экстракта, то не поверите своим глазам! Раствор станет красноватым, я бы даже его охарактеризовала как черно-красный.... На фотографии цвет искажается.

Чтобы добиться лучшего эффекта, поэкспериментируйте с расстоянием до источника света. Если лампа слишком мощная, то свет будет прошивать пробирку насквозь и эффект будет не заметен.

Объяснение опыта лежит в особенностях поглощения световой волны хлорофилла. Наивысшая степень поглощения света хлорофиллом лежит сине-фиолетовой зоне спектра, с длиной волны 430-460 нм. Второй пик наблюдается в зоне красных лучей (660-650 нм). В зоне оранжевого, желтого и голубого спектра поглощение очень слабое. А в зоне зеленого - поглощение самое слабое, свет отражается, поэтому нам кажется, что растения зеленые.

Однако, абсолютно не поглощаются лишь дальние красные лучи, расположенные на границе с инфракрасной областью. Так вот, когда концентрация хлорофилла растет в пробирке, или в лесу свет вынужден пробиваться сквозь густые многоярусные кроны, в какой-то момент, мы начинаем различать эти дальние красные лучи и угадываем густой цвет спелой черешни. Вот и ответ на загадку о красном пологе леса!

Опыт 4. Состав хлорофилла

Для этого опыта нам не понадобиться уже ничего делать, все, что остается - это обратить внимание на фильтр. Если вы внимательно присмотритесь к фильтру, то вы увидите, что экстракт хлорофилла растекается по нему неравномерно.

Сине-зеленые разводы сменяются желто-зелеными до желтоватых. Дело в том, что мы с вами, путем наблюдения, установили неоднородность пигмента хлорофилла. У всех высших растений два типа хлорофилла: хлорофилл А будет сине-зеленый, а хлорофилл В - желто-зеленого цвета, а желтые разводы представляют совершенно другие пигменты - каротиноиды. У всех этих пигментов разная способность растворяться и адсорбироваться (оседать, поглощаться) фильтром.

Опыт 5. Магическое зелье

А теперь нальем немного экстракта в фарфоровую посуду, приглушим свет и подожжем, соблюдая все правила ТБ. Гореть, конечно же, будет спирт, но как это эффектно смотрится в сочетании с зеленой вытяжкой хлорофилла....

Если у вас остался флуоресцентный раствор хлорофилла, его можно закупорить в скляночку и хранить как волшебный артефакт.
Вот такая магия биологии зеленого хлорофилла. Однако Фея Зеленкина не прощается с вами.
Продолжение следует....

PS: Информация для тех читателей, которым сложно достать спирт для опытов. Экстрагировать хлорофилл можно еще и бензином.
Соединения металлов с ковалентными связями в апротонных растворителях изменяют свои свойства и диссоциируют, а затем образуют комплексные соединения, например : Интересен процесс растворения TiCl4 в диметилформамиде (ДМФА) и диметилсульфоксиде (ДМСО). Молекулы растворителя взаимодействуют с титаном....

Хлорофилл

(Процессы комплексообразования природного и техногенного происхождения)

Биосинтез хлорофилла

(Процессы комплексообразования природного и техногенного происхождения)

Хлорофилл а а b
(Процессы комплексообразования природного и техногенного происхождения)

Хлорофилл

Понятие хлорофилл происходит от греческих слов (х^сорбс; - зелёный и (poAXov- лист). Это зеленый пигмент растений, с помощью которого происходит поглощение солнечного света и процесс фотосинтеза. Тимирязев был одним из первых исследователей, обративших внимание на хлорофилл. Это - группа сложных...
(Процессы комплексообразования природного и техногенного происхождения)

Биосинтез хлорофилла

В природе за биосинтез хлорофилла несут ответственность центры биосинтеза- полиферментные комплексы. Процесс биосинтеза нагляден. На последней стадии биосинтеза у высших растений происходит превращение слабоокрашенного протохлорофиллида под действием света в хлорофилл. Процесс протекает за несколько...
(Процессы комплексообразования природного и техногенного происхождения)

Физико-химические свойства хлорофилла

Хлорофилл а имеет высокую молекулярную массу 893,52. При температуре 117-120 °С черно-голубые микрокристаллы хлорофилла плавятся. Хлорофилл а растворяется в диэтиловом эфире, этаноле, ацетоне, бензоле, хлороформе b пиридине. Его растворы имеют сине- зеленую окраску и сильно флуоресцируют....
(Процессы комплексообразования природного и техногенного происхождения)

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.

Литература: 1, с. 63-66

Контрольные вопросы:

1 Какава роль хлорофилла в процессе фотосинтеза?

2 Какава роль каратиноидов в процессе фотосинтеза?

3 Каков механизм приобразавания энергии света в химическую энергию?

Почему растения зеленые?

Сложность:

Опасность:

Сделайте этот эксперимент дома

Реагенты

Безопасность

• Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.
• Проводите эксперимент на подносе.
• Проводите опыт в хорошо проветриваемом помещении, вдали от источников возгорания.

Общие правила безопасности

• Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
• Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
• Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 12 лет.
• Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
• Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
• Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
• Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
• Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.

Информация о первой помощи

• В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
• В случае проглатывания промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
• В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
• В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
• В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
• В случае травм всегда обращайтесь к врачу.

• Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
• Данный набор опытов предназначен только для детей 12 лет и старше.
• Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
• Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
• Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
• Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Часто задаваемые вопросы

Где взять 96%-й раствор спирта (этанола)?

Спирт можно купить в аптеке или получить лабораторным методом. Для этого вам понадобятся три свечи и крепкий алкоголь или 40–60%-й раствор этанола. Остальное вы найдете в коробке «Химия растений» и стартовом наборе.

1. Вставьте металлический переходник в пробку с одним отверстием.
2. Наденьте на переходник силиконовую трубку.
3. Вставьте воронку в колбу и налейте 40 мл крепкого алкоголя или 40–60%-го раствора этанола.
4. Закройте колбу пробкой.
5. Налейте в стеклянный стакан холодной воды (до середины). Опустите в стакан пробирку.
6. Поставьте на горелку три свечи и зажгите их. Накройте горелку пламярассекателем.
7. Поставьте колбу на пламярассекатель. Свободный конец трубки опустите в пробирку. Подождите, пока пробирка не заполнится жидкостью на две трети.
8. Потушите свечи.
9. Вылейте жидкость из пробирки в стаканчик с измельченными зелеными листьями и продолжайте опыт, следуя инструкции.

Другие эксперименты

Пошаговая инструкция

Хлорофилл - это вещество, которое придает листьям зеленый цвет. Он практически не растворяется в воде, но растворяется во многих органических растворителях, например, в этиловом спирте.

Когда достаточно хлорофилла растворится в спирте, возьмем два образца раствора.

В молекуле хлорофилла есть ион магния Mg 2+ (зеленый). В присутствии кислоты он легко «уходит» из молекулы. Образуется феофитин - соединение, с менее яркой и насыщенной окраской.

Освободившееся от магния место может легко занять ион меди Cu 2+ (коричневый) из соли меди CuSO 4 . Получившийся медный комплекс феофитина похож по цвету на хлорофилл.

Медный комплекс феофитина более устойчив, чем хлорофилл. Если оставить оба образца на свету, хлорофилл потускнеет и разница между веществами будет хорошо заметна.

Утилизация

Твердые отходы эксперимента утилизируйте вместе с бытовым мусором. Растворы слейте в раковину и затем тщательно промойте ее водой.

Что произошло

Для чего мы используем растворитель?

Спирт помогает извлечь хлорофилл из измельченных листьев. У молекулы хлорофилла есть длинный гидрофобный («боящийся воды») хвост, который мешает веществу растворяться в воде. Зато в спирте (или, например, в ацетоне) растворимость хлорофилла уже достаточно высока.

Узнать больше

Еще хлорофилл растворяется в жирах. Из-за этого некоторые растительные масла, например рапсовое и оливковое, часто имеют ярко выраженный зеленый оттенок. Для обесцвечивания таких масел проводят обработку щелочью. В результате молекула хлорофилла теряет гидрофобный хвост, а вместе с ним и способность растворяться в жирах.

Лучше, чем в ацетоне и спирте, хлорофилл растворяется только в жидкостях типа бензина. Но бензин не может так же эффективно извлечь пигмент из листьев. Дело в том, что в растении молекулы хлорофилла тесно связаны с белковыми молекулами. Чтобы разорвать связь с белком, в растворителе должна быть вода, которая не смешивается с углеводородами (бензином, керосином, петролейным эфиром).

Почему зелёный раствор побледнел после добавления лимонной кислоты?

Цвет раствора стал менее насыщенным, потому что в кислой среде ионы водорода H + вытеснили ионы магния Mg 2+ и хлорофилл превратился в феофитин. По сравнению с исходным веществом, феофитин имеет более темную, но в то же время менее яркую окраску.

Узнать больше

Феофитинизация - очень распространенное явление. Этим страшным словом называют процесс обесцвечивания хлорофилла за счет потери ионов магния Mg 2+ в присутствии кислот. Вы, должно быть, замечали, что при кулинарной обработке свежие зеленые овощи становятся темнее. Эффект феофитинизации особенно нагляден при мариновании огурцов: после добавления маринада ярко-зеленая кожица плодов становится буроватой.

Что происходит при добавлении CuSO 4 ?

Когда мы добавляем раствор сульфата меди CuSO 4 , в пробирке появляются ионы меди Cu 2+ . Они занимают место в молекуле хлорофилла, откуда предварительно был вытеснен магний Mg 2+ . Комплекс хлорофилла с медью имеет ярко-зеленый цвет, поэтому раствор снова приобретает выраженную зеленую окраску. Даже спустя несколько дней, когда магнийсодержащий хлорофилл уже успевает разрушиться, цвет раствора медного комплекса хлорофилла остается насыщенным.

Узнать больше

Продукт взаимодействия раствора феофитина с ионами меди Cu 2+ носит суровое название - «хлорофилла комплекс медный». Это вещество зарегистрировано под кодом E141 как разрешенный пищевой краситель. Применять такое вещество можно лишь в строго ограниченных дозах, ведь содержащаяся в нем медь - это тяжелый металл, опасный для здоровья в количествах более 5 мг в сутки. Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов (FDA) в США позволяет использование E141 в пищу исключительно для окрашивания сухих смесей при изготовлении напитков на цитрусовой основе. При этом доля красителя должна составлять не больше 0,2 % массы сухого продукта. В Европе, России и большинстве стран Азии, Африки и Южной Америки разрешено использовать медный комплекс хлорофилла при производстве кондитерских изделий, консервированных овощей, косметических продуктов и лекарств.

Какие еще металлы могут занять место магния в хлорофилле?

Не только медь Cu 2+ может вернуть окраску подкисленному раствору хлорофилла. Соли цинка Zn 2+ и ртути Hg 2+ также образуют с хлорофиллом окрашенные в зеленый цвет соединения. Однако реакции с этими ионами проходят гораздо медленнее и требуют особых условий, а окраска комплексов с хлорофиллом получается не такой насыщенной, как с медью. Также стоит помнить, что соли ртути крайне ядовиты и совсем не предназначены для домашних экспериментов.

Почему раствор хлорофилла побледнел?

Со временем в растворе магниевого комплекса хлорофилла происходит фотохимическое окисление. Из-за этого раствор теряет свою насыщенную окраску. Медный комплекс хлорофилла же намного стабильнее своего природного предшественника. Он не подвергается окислению так быстро, и потому его раствор дольше сохраняет свой цвет.

Листья каких растений лучше всего подходят для эксперимента?

Подойдут многие свежие зеленые листья. Перед проведением опыта убедитесь, что растение не является ядовитым. Также не стоит использовать листья растений с млечным соком (молочай, одуванчик, любимый мамин фикус и другие). Чтобы проверить, есть ли в растении млечный сок, посмотрите на срез листа: выступающие белые (иногда желтые, бежевые или красноватые) непрозрачные капельки указывают на то, что такой материал для эксперимента лучше не брать. С сочными мясистыми листьями (седумы, каланхоэ, традесканции и других) раствор получится бледным, потому что в мякоти листа таких растений содержится слишком мало хлорофилла.