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Pflanzenfarbstoffe

Dorit FuhrmannExperimentalvortrag

WS 2008/09

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1. Theorie Farbe

2. Pflanzenfarbstoffe

3. Carotinoide

4. Chlorophylle

5. Küpenfärbung

6. Flavonoide

7. Gerbstoffe

Gliederung

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1. Theorie FarbeFarbmittel

Anorganische OrganischeFarbmittel Farbmittel

Anorganische Organische Organische

Pigmente Pigmente FarbstoffeUnlöslich unlöslich löslich

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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

5

Demo 1: Rote Tomate und grüne Folie

6

Demo 1: Tomate und grüne Folie

Betrachtet man die rote Tomate durch die grüne Folie:

ist sie schwarz

1. Theorie Farbe

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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

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Wellenlänge absorbiertes Licht

[nm]

zugeordnete Farbedes Restanteils

reflektierte Komplementärfarbe

400 - 435 violett gelbgrün435 - 480 blau gelb480 - 490 grünblau orange490 - 500 blaugrün rot500 - 560 grün purpur560 - 580 gelbgrün violett580 - 595 gelb blau595 - 605 orange grünblau605 - 770 rot blaugrün

1. Theorie Farbe

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2. PflanzenfarbstoffePlastidenpigmente Zellsaftpigmentefettlöslich, an Membranen wasserlöslich

gebunden im Zellplasma, VakuoleChloroplasten (grün)Chromoplasten (gelb, orange) alle Farben, außer schwarzLeukoplasten (farblos) Glycoside (Farbstoff

+Zucker)

Chlorophylle AnthocyaneCarotinoide

>> Polyen-, Flavylium-, Porphyrinfarbstoffe

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

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3. Carotinoide

> 300 bekannte Varianten

= gelb-orange-rot-Töne

Funktion: „Antennenpigmente“ für Photosynthese

Radikalfänger, Antioxidantien

Chemisch: ungesättigte Kohlenwasserstoffe

Carotine Xanthophylle

Ohne Sauerstoff sauerstoffhaltig

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Versuch 1: „Tomatensaftampel“

3. Carotinoide

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Versuch 1: „Tomatensaftampel“CH3CH3

CH3

CH3

CH3 CH3 CH3

CH3CH3CH3

Lycopin der Tomate (Absorptionsmaximum: 469 nm – grünlichblau)

3. Carotinoide

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Nucleophile Addition an die Doppelbindung im Lycopin

H

R

R

H+ Br Br

HBr+

RH

R+ Br

-

Br

Br

H

RH

R +Br

Br

H

RH

R

mit R:

CH2

CH3

CH3 CH3CH3

CH3

3. Carotinoide

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Versuch 2: Carotin als Radikalfänger

3. Carotinoide

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RadikalreaktionenKettenstart:

h∙v

Kettenfortführung:

I

II

I I

I I

+ I

I

II

I

+ I

I

I I

+ I2

3. Carotinoide

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Kettenfortführung imß – Carotin(Ausschnitt) R

1

R2

CH3

CH3

+ I

R1

R2

CH3

CH3

H

I

R1

R2

CH3

CH3

H

I

3. Carotinoide

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Kettenabbruch im Carotinmolekül:

R1

R2

CH3

CH3

H

II +

R1

R2

CH3

CH3

H

II

H

3. Carotinoide

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Entstehende Moleküle nach Kettenabbruch:

CH3 CH3

CH3

CH3 CH3

CH3 CH3

CH3

CH3 CH3

H I

I H

CH3 CH3

CH3

CH3 CH3

CH3 CH3

CH3

CH3 CH3

I H

H I

3. Carotinoide

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Demo 2: Dünnschichtchromatographie

Blattfarbstoffe

3. Carotinoide

20

Unterste Bande: 2 XanthophylleBsp.: Lutein

CH3

CH3

CH3 CH3

CH3 CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

OH

OH

3. Carotinoide

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Mittlere BandenChlorophyll a (unpolar)Chlorophyll b (etwas polarer)

N

N N

N

Mg

OO

O

CH3

HHO

HCH3

CH3CH2

A

CH3

CH3

OCH3CH3CH3CH3

CH3

Phytol-Seitenkettenhydrophober Membran-Anker

c

d

a

b

Chl-a: -CH3Chl-b: -C O

H

3. Carotinoide

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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

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Oberste Bande: ß – Carotin

CH3

CH3

CH3 CH3

CH3 CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

4. Chlorophylle

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Versuch 3:Küpenfärbung mit Indigo

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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- Farbpigmente lagern sich in feinste Zwischenräume in der Faser ein

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

5. Küpenfärbung

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Herstellung von Indigo aus Indican (Zuckerverbindung in den Blättern)

NH

O C6H11O5

+ H2OGärung

NH

OH

+ C6H12O6

Indican Indoxyl

NH

OH NH

OH

+ Oxidation

NH

O

NH

O

Indigo

5. Küpenfärbung

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Reduktion zu Leukoindigo:

NH

O

NH

O

+ S2O42-

(aq) + 2 OH-(aq)

NH

OH

NH

OH

+ 2 SO32-

(aq)

5. Küpenfärbung

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Reaktion beim „Verhängen“

+ O2

NH

O

NH

O

NH

OH

NH

OH

+ 2 H2O

„Blaumachen“

5. Küpenfärbung

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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

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AnthocyaneGlycoside aus Zuckerrest und Anthocyanidin im ZellsaftCa. 200 verschieden farbige Moleküle bekanntDie 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

31

Versuch 4: Zauberrose

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Verantwortliche Substanzen: Anthocyane (Cyanidin)

O+

OH

OH

OH

OH

OH

Cl-

OH- (NH3)

H+ (CH3COOH)

O

O

OH

OH

OH

OH

Cyanidinchlorid Chinoide Base

6. Flavonoide

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Demo 3: Wolle färben mit

Ligusterbeeren

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Verantwortliche Substanzen: Anthocyane (Cyanidin)

O+

OH

OH

OH

OH

OH

Cl-

OH- (NH3)

H+ (CH3COOH)

O

O

OH

OH

OH

OH

Cyanidinchlorid Chinoide Base

6. Flavonoide

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Beizenfärbung:

- OH, -COOH, NH2 als Kopplungsstellen zu Metallionen (z.B. Al3+)

- anschließende Chelatbildung mit Farbstoffen fixiert diese als Farblacke auf der Faser

O+

O

OH

OH

OH

O

Al3+

OO O

O CH3

CH3

H

H

H

H

H

H Cellulose

6. Flavonoide

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Versuch 5: Gallustinte

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OH

OHOH

O

OH

+ Fe3+

OHOH

OH

OO

OH

OHOH

O

O

OHOH

OHO

OFe3+

- 3 H+

Tannine (Gerbstoffe)

= Polyphenole – Zuckerderivate der Gallussäure

7. Gerbstoffe

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Herzlichen Dank für die

Aufmerksamkeit!