1 Đề tài 3: Tìm hiểu về Phổ UV-VIS và các mũi đặc trưng của các họ màu carotenoid, flavonoid, và anthocyanin I.Phổ UV-VIS 1.1. Khái niệm: - Phổ UV-VIS là phổ phân tử do sự chuyển mức năng lượng của các điện tử hóa trị ở trạng thái liên kết và cặp điện tử hóa trị tự do của các nhóm phân tử, hoặc các gốc tự do có trong phân tử quyết định. - Tùy theo bước sóng ánh sáng được chia thành từng vùng: + Vùng tử ngoại 185 – 400 nm. + Vùng khả kiến 400 – 760 nm. -UV-vis quang phổ đo bước sóng và cường độ của sự hấp thụ các tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy gần một mẫu Tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy được năng lượng đủ để thúc đẩy các điện tử bên ngoài với các mức năng lượng cao hơn, và quang phổ UV-Vis thường được áp dụng cho các phân tử hay phức hợp chất vô cơ trong dung dịch. Các quang phổ UV-Vis có tính năng mở rộng được sử dụng giới hạn để nhận dạng mẫu nhưng rất hữu ích cho các phép đo định lượng. Sự tập trung của một analyte trong dung dịch có thể được xác định bằng cách đo tại bước sóng hấp thụ và áp dụng một số Định Luật của Beer- Lambert. 1.2. Định Luật Của Beer-Lambert. A = Log ( I o / I ) = ε.l.C - Trong đó : + A là độ hấp thụ. + c là nồng độ chất tan(mol/L) + l là bề dày của cell chứa mẫu (cm). +ε là hệ số hấp thụ mol (Lmol-1cm-1). - Tỷ lệ I / Io được gọi là tỉ lệ truyền của ánh sáng, và thường được diễn tả như là một tỷ lệ phần trăm (T%). Việc hấp thụ, A, dựa trên sự truyền này. -Các quang phổ UV-VIS cũng có thể được cấu hình để đo phản xạ. Trong trường hợp này, quang phổ các biện pháp cường độ ánh sáng phản xạ từ một mẫu (I), và so sánh nó với các cường độ ánh sáng phản xạ từ một tài liệu tham khảo (Io) (chẳng hạn như một gạch trắng). Tỷ lệ I / Io được gọi là phản xạ, và thường được diễn tả như là một tỷ lệ phần trăm (% R). - Các điều kiện áp dụng định luật: + Ánh sáng đơn sắc: Khi bước sóng thay đổi các hệ số hấp thụ cũng thay đổi. Một chùm tia càng đơn sắc thì định luật càng đúng. 2 + Cùng một dung dịch nhưng đo trên các máy khác nhau có thể thu được các trị số A khác nhau. Có nhiều nguyên nhân nhưng trước hết là do tính đơn sắc của ánh sáng. +|Các yếu tố hoá học khác: Làm thế nào để chất hấp thụ ánh sáng không bị biến đổi bởi các phản ứng hoá học trong dung dịch. Vì vậy, pH dung dịch, sự có mặt các chất lạ có khả năng phản ứng với chất cần đo hoặc gây nhiễu (cản trở hay tăng cường) sự hấp thụ ánh sáng của các chất cần đo đều phải tính đến. 1.3. Quang phổ tia cực tím nhìn thấy. Sơ đồ của một chùm tia đơn UV / Vis quang phổ. 3 Sơ đồ hệ thống quang học: Các quang phổ UV-Visible sử dụng hai nguồn sáng, một đơteri (D 2) đèn cho ánh sáng cực tím và một vonfram (W) đèn cho ánh sáng nhìn thấy. Sau khi nảy ra một tấm gương (mirror 1), các tia sáng đi qua một khe và truy cập một cách tử nhiễu xạ. Các lưới có thể được xoay cho phép cho một bước sóng cụ thể được lựa chọnTại bất cứ định hướng cụ thể của cách tử, chỉ đơn sắc (một bước sóng) thành công đi qua một khe. Một bộ lọc được sử dụng để loại bỏ các lệnh không mong muốn cao hơn của sự nhiễu xạ .Các tia ánh sáng số truy cập một máy nhân bản thứ hai trước khi nó được phân chia bởi một tấm gương một nửa (một nửa của ánh sáng được phản ánh, một nửa đi qua Một trong những chùm được phép đi qua một cuvette tham chiếu (trong đó có các dung môi duy nhất), rồi sẽ qua đi khác thông qua các cuvette mẫu. Các cường độ của ánh sáng tia này sau đó được đo ở cuối. 1.4. Các Loại Chuyển Tiếp UV-Vis. Hấp thụ hoặc phát xạ trong phạm vi UV-Vis liên quan đến việc chuyển tiếp của các điện tử giữa các quỹ đạo khác nhau. Về nguyên tắc, chúng ta có thể mô tả bất kỳ quá trình chuyển đổi bằng cách xác định các loại quỹ đạo có liên quan (ví dụ số 1 > 3ngày). Đối với các hợp chất hữu cơ, danh pháp là cụ thể hơn và phân biệt giữa quỹ đạo cặp, s -orbitals and p - orbitals. -Quỹ đạo và p - quỹ đạo. Các trạng thái kích thích được biểu hiện bằng dấu hoa thị. Sự chuyển tiếp trong các tia cực tím chân không là do sự chuyển s -> s * và n -> s * n -> s * chuyển tiếp. Bởi vì tất cả các phân tử ổn định, có sự chuyển đổi những liên kết s có mặt trong tất cả các phân tử. Sự chuyển đổi p -> p * đòi hỏi ít năng lượng hơn và, tùy thuộc vào lượng liên hợp, có thể đạt được vào khu vực có thể nhìn thấy của quang phổ mà làm cho các hợp chất màu. 4 Sơ đồ chuyển tiếp. 1.5. Màu sắc và Quang phổ. Màu sắc cá nhân tương ứng với phạm vi nhỏ hơn nhiều bước sóng. Màu sắc của một hợp chất không phải là màu hấp thụ các màu sắc truyền . Đâylà màu sắc còn lại sau khi các tần số hấp thụ được trừ vào nguồn ánh sáng: 5 1.6. Ứng dụng: UV / Vis phổ thường được sử dụng trong hóa học phân tích để xác định định lượng của chất phân tích khác nhau, như các ion kim loại chuyển tiếp, liên hợp hợp chất hữu cơ cao, và sinh học phân tử. Xác định thường được tiến hành trong các giải pháp. Giải pháp của các ion kim loại chuyển tiếp có thể được tô màu (ví dụ, hấp thụ ánh sáng nhìn thấy được) bởi vì d electron trong nguyên tử kim loại có thể được kích thích từ nhà nước điện tử với nhau. Màu sắc của các giải pháp ion kim loại là bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi sự hiện diện của các loài khác, chẳng hạn như một số hợp chất tương tự hoặc các phối tử. Ví dụ, màu sắc của một dung dịch loãng của đồng sunfat là rất ánh sáng màu xanh; thêm amoniac tăng cường màu sắc và thay đổi các bước sóng hấp thu tối đa (λmax). Các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là những người có một mức độ cao của liên hợp, cũng hấp thụ ánh sáng trong các tia cực tím hoặc các khu vực có thể nhìn thấy của quang phổ điện từ. Ngoài ra UV-VIS còn được dùng để: - Kiểm tra độ tinh khiết. - Nhận biết chất và nghiên cứu cấu trúc - Nghiên cứu sự hỗ biến - Phân tích hỗn hợp - Xác định khối lượng phân tử - Xác định hằng số phân ly acid – baz - Xác định thành phần của phức chất II.CÁC HỌ MÀU ĐẶC TRƯNG: 2.1. carotenoid. Carotenoid là nhóm sắc tố phụ tạo nên các loại màu sắc của cây xanh. Carotenoid gồm 2 nhóm có thành phần khác nhau: caroten và xantohophyl. +Caroten: có công thức tổng quát C 40 H 56 . + Xantophyl: có công thức tổng quát C 40 H n O m (trong đó: n = 52¸ 58; m = 1¸ 6). Caroten cũng có khả năng hấp thụ ánh sáng chọn lọc. Quang phổ hấp thụ cực đại của nhóm sắc tố này nằm ở khoảng 420-500nm. Như vậy nhóm này hấp thụ ánh sáng có bước sóng ngắn. Nhóm carotenoid hấp thụ khoảng 10-20% tổng năng lượng ánh sáng và hấp thụ 30-50% tổng bức xạ sóng ngắn chiếu vào lá. 6 Carotenoid cũng có khả năng huỳnh quang nhờ đó mà năng lượng ánh sáng do nhóm này hấp thụ có thể truyền sang cho chlorophyll để chuyển đến 2 tâm quang hợp Chức năng chính của nhóm sắc tố này là hấp thụ năng lượng ánh sáng rồi truyền sang cho chlorophyll. Một chức năng rất quan trọng khác của carotenoic là bảo vệ chlorophyll. Có thể xem carotenoic là cái lọc ánh sáng thu bớt năng lượng của các tia bức xạ có năng lượng lớn, nhờ đó bảo vệ cho chlorophyll tránh bị phân huỷ khi chịu tác động của các tia bức xạ có năng lượng lớn. Ở thực vật, ngoài diệp lục b, các sắc tố quang hợp phụ còn có carotenoit. Đó là nhóm sắc tố tạo nên màu vàng, đỏ da cam của lá, hoa quả (màu đỏ cua quả gấc chin, màu vàng của quả xoài chin…) của củ (màu vàng da cam của củ cà rốt…) Carotenoit là một nhóm sắc tố rất phổ biến trong tự nhiên, nó được tìm thấy ở cả procaryota, eucaryota và archea. Tổng số carotenoit sản xuất trong tự nhiên ước tính khoảng 100 triệu tấn/năm 2.1.1. Cấu trúc và tính chất lí hoá. Năm 1831, Wackenroder đã cô lập caroten từ cà rốt, 1837 Berzelius đặt tên cho sắc tố màu vàng là xantophyl được ông chiết xuất từ lá mùa thu. Cấu trúc hóa học của carotenoit đã được Kauren (1948) và Kuhn (1954) phát hiện, việc tổng hợp nhân tạo β- caroten và licopen được thực hiện lần đầu tiên vào năm 1950 ở phòng thí nghiệm của Kauren. Kể từ đó carotenoit trở thành đối tượng quan tâm của những nghiên cứu liên ngành trong hóa hoạc, sinh học, y học, vật lí học và nhiều ngành khoa học khác. Cơ sở cấu trúc hóa học của các carotenoit là cấu trúc poliizopren gồm 40 nguyên tử cacbon, mỗi carotenoit chứa 8 phân tử izopren Mạch poliisopren ở nhiều sắc tố tận cùng bằng vòng ionon, một vài dạng thì mạch mở ra. Sự có mặt của nhóm vòng thơm trong cấu trúc carotenoit đã dược xác định vào năm 1959. Bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân, người ta đã xác định được vị trí nhóm -CH3 và - CH2 – trong phân tử. Nhóm -CH3 có quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân khác biệt với nhóm - CH2– được quyết định bởi sprin và prin của các proton trong hệ thông liên kết đôi xen kẽ. Phương pháp này đã cho phép xác định được cấu trúc của các nhóm tận cùng ở các Carotenoit. 7 Phân tử izopren Phần trung tâm phân tử gồm 18 nguyên tử cacbon hình thành mọt hệ thống các liên kết đôi xen kẽ liên kết đơn, trên đó có gắn thêm 4 nhóm CH3. Vòng ở 2 đầu có thể giống hoặc khác nhau: Ở licopen, phần trung tâm nối liền nối liền với 2 vòng theo kiểu 1- 1, ở γ-caroten là 1-2, ở β-caroten là 2-2… Quy tắc cho các danh pháp của carotenoid đã được xuất bản do Liên minh quốc tế ứng dụng Hóa học (IUPAC) và IUPAC-International Union of Biochemists (IUB) uỷ ban Danh pháp (1975). Đối với các carotenoid phổ biến thì người ta đặt tên theo các quy tắc thông thường của danh pháp hóa học hữu cơ. Một số carotenoit quan trọng và dặc trưng 8 Một số ví dụ cụ thể là: lycopene (gamma,gamma-carotene) (I), beta-carotene (beta,beta-carotene) (III), alpha- carotene ((6’R)-beta,epsilon-carotene) (IV), beta-cryptoxanthin ((3R)-beta,beta-caroten- 3-ol) (V), zeaxanthin ((3R,3'R)-beta,beta carotene-3,3'-diol) (VI), lutein ("xanthophyll", (3R,3'R,6'R)-beta,epsilon -carotene-3,3'-diol) (VII), neoxanthin ((3S,5R,6R,3'S,5'R,6'S)- 5',6'-epoxy-6,7-didehydro-5,6,S',6'-tetrahydro-beta,beta-carotene-3,5,3'-triol) (VIII), violaxanthin ((3S,5R,6R,3’S,5'R,6'S)-5,6,5',6'-diepoxy-5,6,5',6'-tetrahydro-beta,beta- carotene-3,3'-diol) (IX), fucoxanthin ((3S,5R,6S,3'S,5'R,6'R)-5,6-epoxy-3,3',5'- trihydroxy-6',7'-didehydro-5,6,7,8,5',6'-hexahydro-beta,beta-caroten-8-one 3'-acetate) (X), canthaxanthin (beta,beta-carotene-4,4'-dione) (XI), and astaxanthin ((3S,3'S)-3,3'- dihydroxy-beta,beta-carotene-4,4'-dione) (XII). Carotenoit còn có các dẫn xuất là apocarotenoit và diapocarotenoit có mạch cacbon bị rút ngắn. Ví dụ: beta-apo-8'-carotenal (8'-apo-beta-caroten-8'-al) (XIII). ). Các biến thể khác được gặp trong norcarotenoit, một ví dụ nổi bật là peridinin với bộ xương cacbon C37 ((3S, 5R, 6R, 3'S, 5'R, 6'R)-epoxy-3, 5,3 '-trihydroxy-6 ,7-didehydro-5, 6, 5 ', 6'- tetrahydro-10 ,11,20-trinor-beta, beta-caroten-19', 11'-olid 3-acetate) (XIV) đặc trưng của tảo cát. -Đặc tính cấu trúc đã quyết định tính chất lí hóa của carotenoit: Tất cả các carotenoit đều có một lượng lớn các gốc ghét nước, điều đó đã quyết định tính ghét nước của hợp chất này, chúng không tan trong nước mà tan trong lipit và các dung môi hữu cơ. -Một số carotenoit hoàn toàn không có nhóm phân cực, nó có thể được chiết từ lá bằng các dung môi không phân cực (benzen, ete dầu hỏa…) hay phân cực (ete etylic, rượu, axeton…). Trong lục lạp, carotenoit nằm ở phần ưa lipit và liên kết với lipit, protein. -Carotenoit là những sắc tố tan trong lipit, tính ưa mỡ giảm dần so với sự tăng dần số nguyên tử oxi. phần lớn là những hidratcacbon được tạo nên từ 40 nguyên tử cacbon nối với H hình thành mạch phân nhánh dài chứa hệ thống các liên kết đơn, đôi xen kẽ. Chính hệ thống này quy định màu sắc của chúng, ngoài ra màu sắc của chúng còn phụ thuộc vào cấu trúc, trạng thái của chúng hòa tan vào các dung môi khác nhau , dạng tinh thể hay phức hợp ở đồng phân cis hay trans. 2.1.2. Nhóm sắc tố vàng Đây là nhóm sắc tố có các màu từ vàng đến tím đỏ. Chúng được cấu tạo theo mạch nối đôi thẳng, gồm 40 nguyên tử C và 56 nguyên tử hidro (C 40 H 56 ). Nhóm carotenoit được chia thành 2 nhóm nhỏ theo cấu trúc hoá học: Caroten và Xanthophin . 9 -Caroten - C 40 H 56 là một hidrocacbua chưa bão hoà, không tan trong nước mà chỉ tan trong các dung môi hữu cơ. Công thức cấu tạo gồm một mạch cacbon dài gồm 8 gốc izopren và hai đầu là một hoặc hai vòng ionon. Trong thực vật thường có 3 loại caroten: anpha, beta, gama caroten. Cắt đôi phân tử beta caroten ta được hai phân tử vitamin A. Bước sóng hấp thụ cực đại của caroten ở 446 - 467 nm. • α-caroten: 420; 447,5 và 478 nm • β-caroten: 420; 452 và 485 nm • γ-caroten: 432;462 và 494 nm -Xanthophyl - C 40 H 56 O n (n : 1- 6) là dẫn xuất (dạng oxi hoá) của caroten. Vì oxi từ 1 đến 6 nên có nhiều loại xanthophin: Cripthoxanthin (C 40 H 56 O ), Lutein (C 40 H 56 O 2 ), Violaxanthin (C 40 H 56 O 4 ). Các nguyên tử oxi liên kết trong các nhóm: hidroxy, cacboxy, axetoxy, metoxy, epoxy,… Bước sóng hấp thụ của cực đại của xanthophin ở 451 - 481 nm. Người ta còn phân chia nhóm carotenoit thành hai nhóm nhỏ theo tính chất sinh học: Nhóm carotenoit sơ cấp: làm nhiệm vụ quang hợp hoặc bảo vệ Nhóm carotenoit thứ cấp: có trong các cơ quan nh ư: hoa, quả, các cơ quan hoá già hoặc bị bệnh khi thiếu dinh dưỡng khoáng. Chính nhóm này là nguồn cung cấp vitamin A cho chúng ta, khi ăn các loại hoa, quả có màu đỏ như: ớt, cà chua, bí ngô, đu đủ, gấc, … Về vai trò của nhóm carotenoit, cho đến nay mới chỉ biết như sau: + Hấp thụ ánh sáng và bảo vệ clorophyl khi ánh sáng quá cao. + Xanthphin tham gia quá trình giải phóng oxi thông qua sự biến đổi từ violaxanthin (C 40 H 56 O 4 ) thành lutein (C 40 H 56 O 2 ). + nhóm carotenoit sơ cấp tham gia vào quá trình quang hợp bằng cách hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng ánh sáng này cho clorophin và nó có mặt trong hệ thống quang hoá II. Như vậy nhóm carotenoit tham gia gián tiếp vào chức năng quang hợp. 10 [...]... thức phân tử của chúng, hệ liên kết л liên hợp là mạch thẳng yếu hơn mạch có vòng benzen và số lượng màu sắc cũng có sư khác biệt Ngoài ra, màu sắc của các nhóm này con phụ thuộc vào các nhóm trợ màu làm tăng độ đậm màu của chúng Qua những tìm hiểu trên,đã giup em hiểu hơn về phổ UV- VIS ,các nhóm mang màu carotenoid, , flavonoid, và anthocyanin trong thiên nhiên cùng những ứng dụng rộng rãi của chúng... các hợp chất được gọi là “những người thợ sửa chữa sinh hóa của thiên nhiên” nhờ vào khả năng sửa chữa các phản ứng cơ thể chống lại các hợp chất khác trong các dị ứng nguyên, virus và các chất sinh ung Nhờ vậy chúng có đặc tính kháng viêm, kháng dị ứng, chống virus và ung thư Hơn nữa, flavonoid là một chất chống oxy hóa mạnh giúp cơ thể chống lại các tổn thương do sự oxy hóa và các gốc tự do một cách... thư; tác dụng chống các tia phóng xạ Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin Các aglucon của anthocyanin khác nhau chính là do các nhóm gắn vào vị trí R1 và R2, thường là H, OH hoặc OCH3 [5] Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực Màu sắc của anthocyanin luôn thay đổi phụ thuộc vào pH, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố...Quang phổ hấp thụ cực đại của nhóm sắc tố: 11 Ảnh hưởng của dãy liên kết л liên hợp và nhóm trợ màu ở xanthophyll:  ảnh hưởng của dãy liên kết л liên hợp: 12 Dãy liên kết л trong trường hợp của β-caroten làm nhóm này có màu vàng  nhóm trợ màu ở xanthophyll Ta dễ dàng nhạn thấy trong công thức phân tư của xanthophyll khác carotene ở liên kết =O chính liên kết này làm màu sắc của carotene và xanthophylls... chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng; có tác dụng 18 làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư; tác dụng chống các tia phóng xạ Những đặc tính quí báu của anthocyanin mà các chất màu hóa học, các chất màu khác hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã mở ra một hướng nghiên cứu ứng dụng hợp chất màu anthocyanin... chỗ chúng có các phân tử đường gắn chặt vào bộ khung quercetin Quercetin là một flavonoid bền vững và hoạt động nhất trong các nghiên cứu, và nhiều chế phẩm từ dược thảo có tác động tốt nhờ vào thành phần quercetin với hàm lượng cao Bioflavonoid của họ chanh (cam, quít, chanh,…) 13 Các Bioflavonoid trong cam quít gồm rutin, hesperidin, quercitrin, và naringin Hầu hết các khảo sát về rutin và hỗn hợp... bậc cao và tìm thấy được trong một số loại rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tô, hoa hibicut, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ 2.3.2 Chức Năng Trong hoa, màu đỏ tươi sáng và màu tía được thích ứng để thu hút côn trùng thụ phấn.Trong trái cây, các skin đầy màu sắc cũng thu hút sự chú ý của động vật, có thể ăn các loại trái cây và phân tán các hạt... nhiều yếu tố khác, tuy nhiên màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH môi trường Thông thường khi pH < 7 các anthocyanin có màu đỏ, khi pH > 7 thì có màu xanh Ở pH = 1 các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ, ở pH = 4 ÷ 5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu, ở pH = 7 ÷ 8 lại về dạng bazơ quinoidal anhydro màu xanh [1] Anthocyanin có... đã được đề xuất rằng màu đỏ của lá có thể ngụy trang lá từ động vật ăn cỏ mù với các bước sóng màu đỏ Ngoài vai trò của họ như là ánh sáng suy hao, anthocyanins cũng hoạt động như chất chống oxy hóa mạnh mẽ Tuy nhiên, không rõ liệu anthocyanins đáng kể có thể đóng góp để nhặt rác của các gốc tự do sản xuất thông qua quá trình trao đổi chất trong lá, vì chúng được đặt trong không bào, và do đó, về mặt... thiên nhiên vào trong đời sống hàng ngày, đặc biệt trong công nghệ chế biến thực phẩm Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu hướng hiện nay của các nước trên thế giới là nghiên cứu khai thác chất màu từ thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm, bởi vì chúng có tính an toàn cao cho người sử dụng Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực . 1 Đề tài 3: Tìm hiểu về Phổ UV-VIS và các mũi đặc trưng của các họ màu carotenoid, flavonoid, và anthocyanin I .Phổ UV-VIS 1.1. Khái niệm: - Phổ UV-VIS là phổ phân tử do sự chuyển. ,7-didehydro-5, 6, 5 ', 6&apos ;- tetrahydro-10 ,11,20-trinor-beta, beta-caroten-19', 11'-olid 3-acetate) (XIV) đặc trưng của tảo cát. - ặc tính cấu trúc đã quyết định tính chất lí hóa của. ((3S,5R,6S,3'S,5'R,6'R )-5 ,6-epoxy-3,3',5&apos ;- trihydroxy-6',7'-didehydro-5,6,7,8,5',6'-hexahydro-beta,beta-caroten-8-one 3'-acetate) (X), canthaxanthin (beta,beta-carotene-4,4'-dione) (XI), and astaxanthin ((3S,3'S )-3 ,3&apos ;- dihydroxy-beta,beta-carotene-4,4'-dione)