從番茄醬中提取番茄紅素和胡蘿卜素

實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)從固體中萃取有機化合物的方法學(xué)習(xí)用薄層層析法檢驗有機化合物的基本原理，點樣，展開和計算Rf值的方法現(xiàn)在是1頁\一共有21頁\編輯于星期四背景資料：視覺的化學(xué)眼睛時如何發(fā)揮其功能的？這是一個有待化學(xué)家去探明的有趣而又有挑戰(zhàn)性的研究課題。光的被察覺和把這個信息傳遞到腦部的過程中涉及到怎樣的化學(xué)呢？第一次對眼睛功能的正式研究由FranzBoll在1877年開始進行的。Boll證實蛙眼睛的視網(wǎng)膜的紅顏色可被強光褪成黃色。如果隨后把蛙保持在暗處，視網(wǎng)膜的紅顏色重新又慢慢恢復(fù)。Boll認為蛙覺察光的能力必定與一種能褪色的物質(zhì)有聯(lián)系。目前大家所知的關(guān)于視覺的大部分知識是哈佛大學(xué)GeorgeWald的出色工作的結(jié)果。這一工作開始于1933年。他最終獲得了Nobel生物醫(yī)學(xué)獎。Wald驗證了把光轉(zhuǎn)變成某種形式的，能被傳遞到腦部的化學(xué)信息的方法以下證實這一過程的概要?，F(xiàn)在是2頁\一共有21頁\編輯于星期四眼睛的視網(wǎng)膜由兩種光受體細胞組成，即視網(wǎng)膜桿細胞和視網(wǎng)膜錐細胞。視網(wǎng)膜桿細胞負責(zé)暗淡光線時的色視覺，而視網(wǎng)膜錐細胞則負責(zé)明亮光線時的色視覺。施加于視網(wǎng)膜桿細胞和視網(wǎng)膜錐細胞的化學(xué)原理時相同的，但對視網(wǎng)膜錐細胞的化學(xué)作用原理的了解不及視網(wǎng)膜桿細胞的了解詳細。每個視網(wǎng)膜桿細胞中含幾百萬蓋視紫紅質(zhì)分子。視紫紅質(zhì)視一種叫做視蛋白的蛋白質(zhì)和一個由維生素A衍生的11－順－視網(wǎng)膜醛（有時稱為視黃醛）分子組成的絡(luò)合物。關(guān)于視蛋白的結(jié)構(gòu)幾乎毫無所知。11-順-視網(wǎng)膜醛的結(jié)構(gòu)則如下所示現(xiàn)在是3頁\一共有21頁\編輯于星期四光的察覺涉及11-順-視網(wǎng)膜醛的最初轉(zhuǎn)變成它的全反式異構(gòu)體。這是光在這一過程中所扮演的唯一角色?？梢姽獾墓庾拥哪芰恳餋11和C12間的鍵的開裂，鍵開裂后，就由可能使由此造成的自由基繞鍵自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)經(jīng)過這種旋轉(zhuǎn)后再重新形成鍵時，便生成全反式視網(wǎng)膜醛。全反式視網(wǎng)膜醛比11-順-視網(wǎng)膜醛穩(wěn)定，這就是異構(gòu)化作用為何按以下所示方向自動地進行地原因現(xiàn)在是4頁\一共有21頁\編輯于星期四這兩種分子由于結(jié)構(gòu)不同，因而形狀各異。11-順-視網(wǎng)膜醛具有明顯彎曲地形狀，且該分子順式雙鍵兩側(cè)地兩個部分傾向于處在不同地兩個平面內(nèi)。由于蛋白質(zhì)有非常復(fù)雜和專一地三維結(jié)構(gòu)（三級結(jié)構(gòu)），因此11-順-視網(wǎng)膜醛能和稱為視蛋白地蛋白質(zhì)以特殊地方式互相締合。全反式視網(wǎng)膜醛具有一種伸直的形狀，整個分子傾向于處在單一平面內(nèi)。這種和11-順-異構(gòu)體相當(dāng)不同的形狀意味著全反式視網(wǎng)膜醛與視蛋白之間會有一種很不同的締合作用?，F(xiàn)在是5頁\一共有21頁\編輯于星期四事實上，全反式視網(wǎng)膜醛由于其形狀與這個蛋白質(zhì)的形狀不符合，因而締合得非常之弱。因此，緊接于視網(wǎng)膜醛異構(gòu)化之后的一步是全反式視網(wǎng)膜醛與視蛋白解離。視蛋白在這一解離過程中發(fā)生構(gòu)型改變，而這異構(gòu)型改變觸發(fā)某種信息，后者由視神經(jīng)傳遞至腦部，腦部就把對一個光子的察覺登錄下來，至于構(gòu)型改變怎樣被轉(zhuǎn)譯成神經(jīng)脈沖，目前仍不清楚。圖中形象地表明了這一過程。現(xiàn)在是6頁\一共有21頁\編輯于星期四全反式視網(wǎng)膜醛受酶的作用又被變回到11-順-視網(wǎng)膜醛。11-順-視網(wǎng)膜醛的再生包含著全反式維生素A的形成，后者異構(gòu)成它的異構(gòu)體11-順-異構(gòu)體。維生素A被氧化成11-順-視網(wǎng)膜醛，后者與視蛋白結(jié)合形成視紫紅質(zhì)。這個過程可以說明如下：現(xiàn)在是7頁\一共有21頁\編輯于星期四利用這一過程，可以察覺出從一種典型閃光燈射出的光子數(shù)少到10-14的弱光。光轉(zhuǎn)換成異構(gòu)化的視網(wǎng)膜醛表明了一種非常高的量子效率。被一個視紫紅質(zhì)分子所吸收的每個光量子實際上都能使11-順-視網(wǎng)膜醛異構(gòu)成全反式視網(wǎng)膜醛。可從上面那個反應(yīng)圖解中看出，視網(wǎng)膜醛從維生素A衍生，而維生素A只需將其一個CH2OH基團氧化為醛基便轉(zhuǎn)化為視網(wǎng)膜醛了。存在于食物中的維生素A的前體為-胡蘿卜素，它可以轉(zhuǎn)化為維生素A。-胡蘿卜素是胡蘿卜的黃色色素，它是一族稱為類胡蘿卜素的長鏈多烯化合物的一個實例?，F(xiàn)在是8頁\一共有21頁\編輯于星期四Willstatter在1907年確定了胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)，但直到1931-1933年才知道胡蘿卜素實際上存在三中異構(gòu)體。-胡蘿卜素和-胡蘿卜素不同，-異構(gòu)體C4和C5間有個雙鍵，不像-異構(gòu)體在C5和C6間有雙鍵，-異構(gòu)體只有一個環(huán)，與-異構(gòu)體中的一個環(huán)相同，但在-體中C1’和C6’間的一個環(huán)是打開的。三個異構(gòu)體中-異構(gòu)體無疑是最普遍的?，F(xiàn)在是9頁\一共有21頁\編輯于星期四-胡蘿卜素在肝臟中被轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A。從理論上說，一分子-胡蘿卜素通過C15和C15’之間的雙鍵開裂理應(yīng)生成兩分子維生素A，但實際上每一分子胡蘿卜素只能產(chǎn)生一分子維生素A。如此生成的維生素A在眼睛中被轉(zhuǎn)變成11-順-視網(wǎng)膜醛。還有一個有待解決的有趣的問題，即視蛋白改變構(gòu)型時導(dǎo)致向腦部發(fā)生信息所用的方式問題。這個問題需要視蛋白的整個結(jié)構(gòu)方面的某些有關(guān)知識。視網(wǎng)膜的視網(wǎng)膜錐細胞的色視覺特性的本質(zhì)也是未來的一個有趣的研究課題。對于和11-順-視網(wǎng)膜醛有同樣高的量子效率的其它吸光物質(zhì)的研究定能在諸如照相領(lǐng)域中獲得有益的應(yīng)用?，F(xiàn)在是10頁\一共有21頁\編輯于星期四天然產(chǎn)物中有機成分的提取方法浸取法：選用合適的溶劑，根據(jù)相似相溶原理，直接把溶劑加到固體樣品上加熱回流提取，本次試驗就用的是此法。平時熬中藥也是使用的該方法。用水煮中藥就是把中藥的有效成分提取出來。水蒸汽蒸餾法：天然動植物中含有一些較易揮發(fā)的成分。利用水蒸汽可以把這些物質(zhì)蒸出提取。天然的很多香料的提取（如橙油的提?。┚褪怯玫拇朔?。連續(xù)提取法：原理同第一種方法，但是使用了一種特殊的裝置—索氏提取器。使用少量的溶劑能重復(fù)用來浸取達到濃縮的目的。如：茶葉種咖啡因的提取就是用此法。現(xiàn)在是11頁\一共有21頁\編輯于星期四本實驗中的具體方法取一平勺番茄醬于50ml圓底燒瓶中，加5ml95％的乙醇，裝上冷凝管，回流3-5分鐘，冷卻。用玻璃漏斗墊棉花過濾。濾液置于帶塞子的錐形瓶內(nèi)，濾渣放回原燒瓶。加入乙醇的目的是破壞細胞壁，為下一步用石油醚的提取創(chuàng)造條件。上部的濾渣加棉花加入10ml石油醚，加熱回流10分鐘，冷卻，過濾。濾液和上面濾液合并，濾渣扔掉。將合并的濾液倒入分液漏斗中，加入5ml飽和食鹽水，萃取，分層。其中有機層進行薄板層析，無機層作對比用。加入飽和食鹽水的目的：1）鹽析，分層快且清；2）因為NaCl溶液是飽和水溶液，所以溶解有效成分少，即損失小。有機相加入少量Na2SO4干燥—很重要。-胡蘿卜素是合成VB6的原料，極性小，Rf值大。番茄紅素:作染料用，極性大。現(xiàn)在是12頁\一共有21頁\編輯于星期四加熱回流裝置圖現(xiàn)在是13頁\一共有21頁\編輯于星期四本實驗中薄板層析的爬板介紹色譜法包括薄層法，柱色譜，紙色譜氣相色譜和液相色譜。今天只作薄層色譜。色譜法是分離和鑒定有機化合物的常用方法。原理：利用混合物個組分在固定相和流動相的溶解度不同，即在兩相間分配系數(shù)的不同而使各組分分開。特點：時間短；分離效果好；需要樣品量少；適用于在較高溫度霞容易發(fā)生化學(xué)變化的化合物?，F(xiàn)在是14頁\一共有21頁\編輯于星期四1.薄層色譜法事先準(zhǔn)備：用鉛筆和尺子輕輕畫出起始線和終止線；點樣：用直徑1mm的平頭毛細管點取提取物，先在廢紙上點一下（快速），然后在起始線線上少量多次地點樣（保證一定濃度，一般需要50次以上）。待溶劑揮發(fā)以后，輕放到裝好展開劑地展開缸內(nèi)，不要讓展開劑濺起或傾斜；展開（爬板）：當(dāng)展開劑爬到終止線時，停止爬行，取出。因為-胡蘿卜素（黃點）易揮發(fā)，所以要盡快畫出黃點的位置；Rf值的計算：分離效果好時Rf應(yīng)為0.15~0.75之間。意義：定性鑒定，監(jiān)測化學(xué)反應(yīng)等等。現(xiàn)在是15頁\一共有21頁\編輯于星期四點樣：再薄板一端10mm（下）及另一端5mm（上）處用鉛筆輕輕畫一道痕跡，用直徑小于1mm的毛細管（平口）點樣，點樣時樣點一定要小，可重復(fù)再一點上點幾次，使樣品點小而又有一定的濃度，一塊板上可以點兩點；展開劑的選擇：根據(jù)樣品的極性而定，極性大的化合物可選用極性較大的展開劑。為達到較好的分離效果，可用混合溶劑。做多次展開后可確定一合適的配比。展開時，至溶劑前沿離板頂5mm停止。顯示方法：A)有色化合物可直接觀察；B)無色的，用顯色劑顯色，如碘熏法；紫外光顯色，用硅膠GF254，有樣品點的位置再紫外燈光照射下發(fā)暗。Rf值計算公式：Rf=溶劑的最高濃度中心溶劑前沿至原點中心的距離?，F(xiàn)在是16頁\一共有21頁\編輯于星期四注意事項本次實驗使用95％乙醇和石油醚提取。兩種混合后用NaCl水溶液洗滌。乙醇主要進入水相，建議水相不要棄去。點樣時在一塊板上點兩點：一為有機相，一為水相。觀察比較有何不同。展開劑的配比一定要控制為石油醚:丙酮=9:1。否則分離效果不太好。同時可以做一個比較，采用12:1。在混合展開劑中丙酮的極性大于石油醚，因此如果丙酮含量增大，極性增大，使得分離效果很差。如果增加石油醚的含量，使展開劑的極性變小，分離效果較好。觀察：如果紅點緊追黃點，且Rf>0.75，則要增加石油醚的用量如達到12:1。現(xiàn)在是17頁\一共有21頁\編輯于星期四注意事項（II）番茄紅素為紅色，-胡蘿卜素為黃色，展開后的薄板放置一段時間后，樣品顏色褪去。因為-胡蘿卜素極易氧化，故在提取和展開過程中，注意不要敞開口，要用瓶蓋蓋住。番茄紅素的雙鍵比-胡蘿卜素的雙鍵多，因此番茄紅素的極性大，在爬板時爬地慢，在下面，-胡蘿卜素的極性小，爬地快