厦门大学《综合化学实验》电子教材
实验 12
植物叶绿体色素的提取,分离, 表征及含量测定
(一)叶绿体色素的提取
一, 实验 目的 1.掌握有 机溶剂提 取 叶绿体色 素 等天然化 合 物的原理 和 实验方法 . 2.了解皂 化-萃取提 取β胡萝卜 素原理. 3. 了解 1,4-二氧六环 沉淀法提 取 叶绿素原 理 . 二, 实验 原理
植物光合 作 用是自然 界 最重要的 现 象,它是人 类所利用 能 量的主要 来 源.在把光 能转化 为化学能 的 光合作用 过 程中,叶 绿 体色素起 着 重要的作 用 .高等植 物 体内的叶 绿 体色素有 叶 绿素和类 胡 萝卜素两 类 ,主要包 括 叶绿素 a, 叶绿素 b, β胡萝卜 素 和叶黄素 四 种.它们所 呈现的颜 色 和在叶绿 体 中含量大 约 比例见表 12.1.
表 12.1
色素名称 项 目 颜色 在叶绿体内各色素 含量比例 叶绿素 a 蓝绿色 3 3
高等植物体内叶绿体色素的种类,颜色及含量
叶绿素 叶绿素 b 黄绿色 1 类胡萝卜素 β胡 萝 卜 素 橙黄色 2 1 叶黄素 黄色 1
叶绿素 (chlorophylls)是叶绿 酸的酯, 它 在植物进 行 光合作用 中 吸收可见 光 ,并将光 能 转变为化 学 能.叶绿 素 是植物进 行 光合作用 所 必需的催 化 剂.在绿 色 植物中叶 绿 素主要以 叶 绿素a(C 55 H 72 O 5 N 4 Mg)和叶绿素b(C 55 H 70 O 6 N 4 Mg)两种结 构相似的 形 式存在 ,其 差别仅是 叶 绿 素a中一个 甲基被叶 绿 素b中的甲 酰基所取 代 .叶绿 素的 基本结构 见 图 47.1.在 叶绿素分 子 结 构中含有 四 个吡咯环 , 它们由四 个 甲烯基联 结 成卟啉环 , 在卟啉环 中 央有一个 镁 原子,它 以 两个共价 键 和两个配 位 键与四个 吡 咯环的氮 原 子结合成 内 配盐,形 成 镁卟啉. 在 叶绿素分 子 中还有两 个 羧基,其 中 一个与甲 醇 酯化成COOCH 3 ,另一个 与叶绿醇 酯 化成COOC 20 H 39 长链.
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类 胡 萝 卜 素 (carotenoids) 是 一 类 不 饱 和 的 四 萜 类 碳 氢 化 合 物 ( 例 如 胡 萝 卜 素 , carotenes),或它 们的 氧化衍生 物(例如 叶黄 素类,xanthophylls).所有 的类 胡萝卜素 均 源 于非环状 的 C 40 H 56 结构.类胡萝卜 素 在强光下 可 防止叶绿 素 的光氧化 ;在弱光下 ,可作为辅 助 色 素 吸 收 光 能 并 传 递 给 叶 绿 素 分 子 . 胡 萝 卜 素 有 三 种 异 构 体 , 即 α, β和 γ胡 萝 卜 素 , 其 中 β胡 萝 卜 素 含 量 最 多 , 也 最 为 重 要 . β 胡 萝 卜 素 还 具 有 维 生 素 A的 生 理 活 性 , 其 结 构 是 由 两 分 子 维 生 素 A在 端 链 失 去 两 分 子 水 结 合 而 成 . 在 生 物 体 内 , β胡 萝 卜 素 受 酶 催 化 氧 化 即 形 成 维 生 素 A. 叶 黄 素 (3, 3`-二 羟 基 -α -胡 萝 卜 素 , lutein, C 40 H 56 O 2 )是 一 种 常 见 的 氧 化 型 的类胡萝 卜 素.β胡萝 卜素和叶 黄 素均属于 脂 溶性化合 物 . 植物叶 绿体色素 的 提取,分 离 ,表征及 含 量测定在 植 物生理学 和 农业科学 研 究中具有 重 要意义. 同 时,叶绿 素 和胡萝卜 素 等天然色 素 在食品工 业 和医药工 业 中也有广 泛 的用途.
图 12.1
叶 绿 素 a, 叶 绿 素 b, β胡 萝 卜 素 , 叶 黄 素 和维生素 A 的结构式
叶绿素 a 和 b 都是吡咯 衍生物与 金 属镁的配 合 物,尽管 它 们分子中 含 有一些极 性 基团, 但大的烷 基 结构使它 们 易溶于丙 酮 ,乙醇,乙 醚,石油 醚 等有机溶 剂 溶剂.β胡 萝卜素和叶 黄素是脂 溶 性的四萜 化 合物.与胡 萝卜素相 比 ,叶黄 素易 溶于醇而 在 石油醚中 的 溶解度较 小 . 根据它们 在 有机溶剂 中 的溶解特 性 ,可将它 们 从植物叶 片 中提取出 来 .植物叶 绿 体色素通 常 可用丙酮 , 乙醇,乙 醚 ,丙酮-乙 醚,甲醇-石油醚等 有 机溶剂提 取 .
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