Dorit FuhrmannExperimentalvortrag WS 2008/09 Pflanzenfarbstoffe

Pflanzenfarbstoffe

Dorit Fuhrmann

Experimentalvortrag

1. Theorie Farbe 2. Pflanzenfarbstoffe

3. Carotinoide 4. Chlorophylle 5. Küpenfärbung

6. Flavonoide 7. Gerbstoffe

Gliederung

1. Theorie Farbe

Farbmittel

Anorganische Organische

Farbmittel Farbmittel

Anorganische Organische Organische

Pigmente Pigmente Farbstoffe

Unlöslich unlöslich löslich

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bild:Electromagnetic_spectrum_c.svg&filetimestamp=20080317130244 (04.11.08)

Sinneseindruck „Farbe“ = Absorption bestimmter Teile des Spektrums des Lichts im Bereich von 400-800 nm

1. Theorie Farbe

Demo 1:

Rote Tomate und grüne Folie

Demo 1: Tomate und grüne Folie

Betrachtet man die rote Tomate durch die grüne Folie:

ist sie schwarz

1. Theorie Farbe

Trifft Licht auf einen Gegenstand wird es:

- total absorbiert > der Gegenstand erscheint schwarz

- total reflektiert, durchgelassen > der Gegenstand erscheint farblos - teilweise absorbiert > der Gegenstand hat die

Komplementärfarbe

= Summe der Spektralfarben abzüglich der

absorbierten Spektralfarben

1. Theorie Farbe

Wellenlänge

absorbiertes Licht [nm]

zugeordnete Farbe des Restanteils

reflektierte

Komplementärfarbe

400 - 435 violett gelbgrün

435 - 480 blau gelb

480 - 490 grünblau orange

490 - 500 blaugrün rot

500 - 560 grün purpur

560 - 580 gelbgrün violett

580 - 595 gelb blau

595 - 605 orange grünblau

1. Theorie Farbe

2. Pflanzenfarbstoffe

Plastidenpigmente Zellsaftpigmente

fettlöslich, an Membranen wasserlöslich

gebunden im Zellplasma, Vakuole

Chloroplasten (grün)

Chromoplasten (gelb, orange) alle Farben, außer schwarz Leukoplasten (farblos) Glycoside (Farbstoff

+Zucker)

Chlorophylle Anthocyane

Carotinoide

>> Polyen-, Flavylium-, Porphyrinfarbstoffe

Daneben gibt es in Pflanzen auch: Gallenfarbstoffe, indigoide Farbstoffe…

3. Carotinoide

> 300 bekannte Varianten

= gelb-orange-rot-Töne

Funktion: „Antennenpigmente“ für Photosynthese Radikalfänger, Antioxidantien

Chemisch: ungesättigte Kohlenwasserstoffe

Carotine Xanthophylle

Ohne Sauerstoff sauerstoffhaltig

Versuch 1:

„Tomatensaftampel“

3. Carotinoide

Versuch 1: „Tomatensaftampel“

CH₃ C

H₃

C H₃

CH₃

CH₃ CH₃ CH₃

CH₃ CH₃

CH₃

Lycopin der Tomate (Absorptionsmaximum: 469 nm – grünlichblau)

3. Carotinoide

Nucleophile Addition an die Doppelbindung im Lycopin

H R R

H + ^{Br Br Br H}

+

H R

R + ^Br-

Br

Br H

R H

R +

Br

Br H

R H

R

mit R:

C H₂

CH₃ C

H₃

3. Carotinoide

Versuch 2:

Carotin als Radikalfänger

3. Carotinoide

Radikalreaktionen Kettenstart:

h∙v

Kettenfortführung:

I I I

I ^I

I I

+ ^I

I I

+ ^I

I

+ ^I2

3. Carotinoide

Kettenfortführung im ß – Carotin

(Ausschnitt) ^R

1

R² C

H₃

CH₃

+ ^I

R¹

R² C

H₃

CH₃ H

I

R¹

R² C

H₃

CH₃ H I 3. Carotinoide

Kettenabbruch im Carotinmolekül:

R¹

R² C

H₃

CH₃ H I + I

R¹

R² C

H₃

CH₃ H I I

H

3. Carotinoide

Entstehende Moleküle nach Kettenabbruch:

C

H₃ CH₃

CH₃

CH₃ CH₃

CH₃ CH₃ C H₃

C

H₃ CH₃ H I

I H

C

H₃ CH₃

CH₃

CH₃ CH₃

CH₃ CH₃ C H₃

C

H₃ CH₃ I H

H I 3. Carotinoide

Demo 2:

Dünnschichtchromatographie Blattfarbstoffe

3. Carotinoide

Unterste Bande: 2 Xanthophylle Bsp.: Lutein

CH₃

CH₃

CH₃ CH₃

CH₃ CH₃ CH₃

CH₃ C

H₃ C H₃

O H

OH 3. Carotinoide

Mittlere Banden

Chlorophyll a (unpolar)

Chlorophyll b (etwas polarer)

N

N N

N

Mg

O O

O H O H

H C H₃

C

H₃ CH₂

A

CH₃

CH₃ O

CH₃ CH₃

CH₃ CH₃

C H₃

Phytol-Seitenketten

hydrophober Membran-Anker

c d

a

b

3. Carotinoide

4. Chlorophylle

„chloros“ = gelbgrün, „phyllos“ = Blatt – in Chloroplasten

= zentraler Photosynthesfarbstoff zur Gewinnung von Biomasse mit Hilfe von Lichtenergie

- Absorbieren Licht im Bereich von < 400 nm, 550-700 nm

Oberste Bande:

ß – Carotin

CH₃

CH₃

CH₃ CH₃

CH₃ CH₃

CH₃

CH₃ C

H₃ C H₃ 4. Chlorophylle

Versuch 3:

Küpenfärbung mit Indigo

Indigo („indische Farbe“):

- Nutzung zur Textilfärberei seit ca. 4000 Jahren

- Über 100 Indigofera- Arten (Familie Schmetterlingsblütler) - Küpenfärbung = Reduktions- und Oxidationsprozess

(lat. „Cupa“, Niederdt. „Küpe“ = Holztonne) - Ergebnis: hohe Licht- und Farbechtheit

http://de.wikipedia.org/wiki/Indigopflanze

5. Küpenfärbung

Herstellung von Indigo aus Indican (Zuckerverbindung in den Blättern)

N H

O C₆H₁₁O₅ + H₂O

Gärung

N H OH

+ ^C6H12O6

Indican Indoxyl

N H

OH NH

O H

+ Oxidation

N H

O N

H O Indigo

5. Küpenfärbung

Reduktion zu Leukoindigo:

N H

O N

H O

+ ^S2O42-(aq) + ^{2 OH-(aq)}

N OH H

+ ^{2 SO32-(aq)}

5. Küpenfärbung

Reaktion beim „Verhängen“

+ ^O2

NH

O N

H O

NH

O H N

H OH

+ ^{2 H2O}

„Blaumachen“

5. Küpenfärbung

6. Flavonoide:

- färben Blüten, Holz, Rinde: gelb, gelbgrün, blau, rot „flavus“ = gelb = zuerst entdeckte Verbindung Funktion:

- wehren Infektionen durch Pilze, Viren ab - Pflanzenhormon

- filtern UV-Strahlen raus - in Blüten = Lockfarbe chemisch: Polyphenole, aufbauend auf Flavan,

ca. 4500-5000 bekannt O

Anthocyane

Glycoside aus Zuckerrest und Anthocyanidin im Zellsaft Ca. 200 verschieden farbige Moleküle bekannt

Die Grundtypen:

- Pelargonidin (scharlachrot)

- Cyanidin (violett, rot von Blaubeeren…, Rosen, Erdbeeren, Pflaumen, Kornblumenblau)

- Delphinidin (blau- Rittersporn, purpur) Anti - canzerogene,

- mikrobielle, - oxidative,

- thrombotische Wirkung

- blutdruckregulierend, blutzuckersenkend, - cholesterinsenkend

6. Flavonoide

Versuch 4:

Zauberrose

Verantwortliche Substanzen: Anthocyane (Cyanidin)

O⁺

OH

OH OH

O H

OH Cl^-

OH^- (NH₃)

H⁺ (CH₃COOH)

O

O

OH OH

O H

OH

Cyanidinchlorid Chinoide Base

6. Flavonoide

Demo 3:

Wolle färben mit Ligusterbeeren

Verantwortliche Substanzen: Anthocyane (Cyanidin)

O⁺

OH

OH OH

O H

OH Cl^-

OH^- (NH₃)

H⁺ (CH₃COOH)

O

O

OH OH

O H

OH

Cyanidinchlorid Chinoide Base

6. Flavonoide

Beizenfärbung:

- OH, -COOH, NH₂ als Kopplungsstellen zu Metallionen (z.B. Al³⁺⁾ - anschließende Chelatbildung mit Farbstoffen fixiert diese als Farblacke auf der Faser

O⁺

O O

H

O

Al³⁺

O O O

O CH₃

C H₃

H

H

H H H

H Cellulose

6. Flavonoide

Versuch 5:

Gallustinte

O H

O H

OH O

OH

+ ^Fe3+

O OH H O H

O O

O H

O H

O O

OH OH O

Fe³⁺ O - 3 H⁺

Tannine (Gerbstoffe)

= Polyphenole – Zuckerderivate der Gallussäure

7. Gerbstoffe

Herzlichen Dank für die

Aufmerksamkeit!