Исследуем. Проектируем. Предлагаем

Все пигменты можно разделить на три группы – хлорофиллы, каротиноиды, антоцианы.

Особый интерес представляют пигменты третьей группы – антоцианы, которые обладают хорошими индикаторными свойствами.

Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р. Вильштеттером, первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р. Робинсоном.

Антоцианы придают тканям растений фиолетовую, синюю, красную, оранжевую и другие окраски. Эта окраска нередко зависит от рН клеточного сока и потому может меняться при созревании плодов, отцветании цветков – процессах, сопровождающихся закислением клеточного содержимого.

1.3. Биохимическая роль природных индикаторов

Антоцианы, относящиеся к группе флавоноидов, применяются, с одной стороны, как природные пигменты, а с другой – как биологически активные соединения.

Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Антоцианы необходимы клеткам головного мозга, улучшают память.

Антоцианы – мощные антиоксиданты, которые сильнее в 50 раз витамина С. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Наибольшая концентрация антоцианов содержится в чернике. Поэтому препараты, содержащие чернику, пользуются большой популярностью в медицине.

2. Исследовательская часть

2.1. Изучение индикаторных свойств антоцианов

Антоцианы – водорастворимые пигменты. Их водную вытяжку можно получить из растений с цветовой гаммой от розовой до фиолетовой. Для этого 0,5–1 г растительного вещества надо поместить в ступку и измельчить с небольшим количеством хорошо промытого песка, добавить около 5 мл воды и отфильтровать получившийся раствор. В зависимости от растения такая вытяжка может быть голубого, синего, фиолетового, розового, малинового цвета.

Далее нам понадобятся 1% соляная кислота или столовый уксус, 0,001% раствор гидроксида натрия или порошок питьевой соды, пробирки и индикаторная бумага или рН-метр.

В чистую пробирку налить 2–3 мл вытяжки пигментов, добавить 1–2 капли разбавленной соляной кислоты. Изменения окраски связаны с перестройками в молекуле антоциана.

Определить рН раствора с помощью индикаторной бумаги или прибора и добавить по каплям разбавленную щелочь или немного, на кончике ножа, порошка питьевой соды.

2.2. Влияние магния на цвет хлорофилла

Характерное для хлорофилла поглощение света определяется химической структурой его молекулы. Присутствие магния в ядре молекулы обусловливает поглощение в красной области. Нарушение структуры, например, удаление из молекулы магния, приводит к изменению цвета хлорофилла. Удалить из хлорофилла магний можно взаимодействием хлорофилла с кислотой.

Для работы понадобятся свежесрезанные листья комнатных растений, 95% этиловый спирт, фарфоровая ступка с пестиком, воронка и фильтровальная бумага, 10% раствор соляной кислоты, ацетат цинка, спиртовка, пипетка, 4 пробирки.

Осторожно! Не забывайте о правилах работы с концентрированными кислотами!

Сначала надо получить спиртовую вытяжку пигментов листа. Для этого к измельченным листьям (для опыта достаточно 1–2 листьев пеларгонии) следует добавить 5–10 мл этилового спирта, на кончике ножа порошок СаСО

(мел) для нейтрализации кислот клеточного сока и растереть в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Прилить еще этилового спирта и осторожно продолжить растирание, пока спирт не окрасится в интенсивно зеленый цвет. Полученную спиртовую вытяжку отфильтровать в чистую сухую пробирку или колбу.

Перенести по 2–3 мл спиртовой вытяжки пигментов в три чистые пробирки. Одна из пробирок контрольная, в две другие добавить по 2–3 капли раствора соляной кислоты. Цвет раствора меняется на бурый: в результате взаимодействия с кислотой магний в молекуле хлорофилла замещается двумя атомами водорода и образуется вещество бурого цвета – феофитин. Одну из пробирок с феофитином оставить для контроля, а в другую внести на кончике ножа ацетат цинка и нагреть на водяной бане до кипения. Атом цинка замещает атомы водорода (заместившие ранее магний) в молекуле хлорофилла, и бурый цвет раствора вновь меняется на зеленый.

Вывод: цвет хлорофилла зависит от наличия металлоорганической связи в его молекуле.

2.3. Изменение окраски лепестков роз под действием щелочи Убедиться в том, что окраска органа зависит во многом от кислотности клеточного сока, можно на простом и эффектном опыте.

Для опыта нужна красная роза, стеклянный колпак, водный раствор аммиака.

Поместить розу в пары аммиака. Для этого под стеклянный колпак поставить розу в стакан без воды. Рядом в маленьком стакане или бюксе – водный раствор аммиака. Быстро накрыть стеклянным колпаком.

В течение 15–30 минут, по мере проникновения в клетки паров аммиака, происходит постепенное изменение окраски антоцианов. У темно-красных роз в атмосфере аммиака цвет лепестков изменяется до разных оттенков синего.

2.4. Получение чернил из растительного материала

Некоторые виды растительного сырья, богатого дубильными веществами, могут быть использованы в качестве чернил. Для работы понадобится сульфат железа (II).

1. Приготовить 20% водный раствор сульфата железа (II).

2. Залить 2 г сухого чайного листа 50 мл горячей воды и нагреть 30–40 минут на кипящей водяной бане.

3. Раствор отфильтровать, к осадку добавить еще 20–25 мл воды, прокипятить и снова отфильтровать. Фильтраты объединить и упарить до объема 8–10 мл.

4. К 2 мл теплого фильтрата добавить 0,5–1 мл 20% раствора сульфата железа (II) до появления черного цвета. Чтобы загустить чернила, добавить 1–2 г сахарного песка.

2.5. Изготовление самодельной индикаторной бумаги

Лучшими индикаторными свойствами обладает вытяжка из листьев краснокочанной капусты. Исходно она имеет малиново-сиреневый цвет. В сильнокислой среде (рН 2–3) приобретает красный, а при рН 4–5 – розовый цвет. Далее по мере нейтрализации розово-красный цвет изменяется сначала на сиреневый, затем на светло-синий (рН 6–7). При переходе значений рН в щелочную область цвет раствора становится зеленым (рН 8), желто-зеленым (рН 9–10) и в сильно щелочной среде (рН выше 10) – желтым.

Пропитав этой вытяжкой полоски фильтровальной бумаги и высушив их, можно получить хорошую индикаторную бумагу для достаточно точного определения рН растворов в кислой области. Чтобы приготовить индикатор на щелочь (красную индикаторную бумагу), вытяжку краснокочанной капусты перед пропитыванием фильтровальной бумаги нужно предварительно подкислить 1–2 каплями уксуса до появления розовой окраски.

Индикаторные свойства красителя из краснокочанной капусты сходны с лакмусом: область перехода окраски лежит в интервале рН 3–12. Для более точного определения рН раствора нужно составить цветную шкалу изменений окраски этого индикатора.

Полученную индикаторную бумагу можно использовать для определения рН различных веществ и кислотности почвы.

Выводы

1. В природе антоцианы находятся в растительных объектах и определяют цвет лепестков, плодов и осенних листьев, придавая им, как правило, фиолетовую, синюю, коричневую, красную окраску.

2. Результаты исследования позволили доказать индикаторные свойства антоцианов и выявить следующую закономерность: все данные природные объекты в кислотной среде преимущественно окрашиваются в красный цвет, а в щелочной среде – в зелено-желтый.

3. Антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами, поэтому их можно применять как кислотно-щелочные индикаторы в химии, быту, кулинарии.

Заключение

Вы проходите мимо цветка?
Наклонитесь, поглядите на чудо,
Которое видеть вы раньше нигде не могли.
Он умеет такое, что никто на земле не умеет.
Например…
Он берет крупинку мягкой черной земли.
Затем он берет дождя дождинку
И воздуха голубой лоскуток,
И лучик, солнышком пролитой.
Все смешает потом (но где?!)
(Где пробирок, и колб, и спиртовок ряды?),
И вот из одной и той же черного цвета земли
Он то красный, то синий,
то сиреневый, то золотой!