Đề tài tìm hiểu về phổ UV VIS và các mũi đặc trưng của các họ màu

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

Đề tài 3: Tìm hiểu về Phổ UV-VIS và các mũi đặc trưng của các họ màu carotenoid,

flavonoid, và anthocyanin 2

I.Phổ UV-VIS 2

1.1 Khái niệm: 2

1.2 Định Luật Của Beer-Lambert 2

1.3 Quang phổ tia cực tím nhìn thấy 3

1.4 Các Loại Chuyển Tiếp UV-Vis 4

1.5 Màu sắc và Quang phổ 4

1.6 Ứng dụng: 5

II.CÁC HỌ MÀU ĐẶC TRƯNG: 6

2.1 carotenoid 6

2.1.1 Cấu trúc và tính chất lí hoá 7

2.1.2 Nhóm sắc tố vàng 9

2.2.flavonoid 12

2.2.1.các loại flavonoid 12

2.2.2 Tác dụng hữu ích 14

2.2.3 Vai trò sinh học 14

2.3 Anthocyanin 16

2.3.1 Vai trò: 16

Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin 16

2.3.2 Chức Năng 17

Bước sóng hấp thụ cực đại và độ hấp thụ tại bước sóng cực đại của một số mẫu 19

Phổ hấp thụ của dịch chiết giàu anthocyanin từ các nguyên liệu: 19

III.Kết luận 21

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-VIS1.1 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 thườngđược 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.

- 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 phầntrăm (% 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

+ 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.

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

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:

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).max)

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 C40H56

+ Xantophyl: có công thức tổng quát C40HnOm (trong đó: n = 52¸ 58; m = 1¸ 6)

Caroten cũng có khả năng hấp thụ ánh sáng chọn lọc Quang phổ hấp thụ cực đạicủa 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

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 cảprocaryota, 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, mỗicarotenoit 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

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

Một số ví dụ cụ thể là:

lycopene (gamma,gamma-carotene) (I), beta-carotene (beta,beta-carotene) (III), 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'-

alpha-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 củatảo 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 vàocấu 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

 α-caroten: 420; 447,5 và 478 nm

 β-caroten: 420; 452 và 485 nm

 γ-caroten: 432;462 và 494 nm

-Xanthophyl - C40H56On (n : 1- 6) là dẫn xuất (dạng oxi hoá) của caroten Vì oxi từ 1 đến

6 nên có nhiều loại xanthophin: Cripthoxanthin (C40H56O ), Lutein (C40H56O2),

Violaxanthin (C40H56O4) 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 (C40H56O4) thành lutein (C40H56O2)

+ 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

Quang phổ hấp thụ cực đại của nhóm sắc tố:

Ảnh hưởng của dãy liên kết л liên hợp và nhóm trợ màu ở xanthophyll:

 ảnh hưởng của dãy liên kết л liên hợp:

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 có sự khác biệt ,caroten

có màu vàng còn xanthophylls màu vàng sẫm

2.2.flavonoid

Flavonoids là một nhóm sắc tố thực vật có vai trò rất lớn trong việc tạo ra màu sắc của nhiều loại hoa quả Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy Flavonoids có lẽ rất hữu ích trongviệc điều trị và ngăn ngừa nhiều tình trạng bệnh lý của cơ thể Ngày nay chúng ta cũng biết rằng nhiều loại thực phẩm, nước trái cây, thảo mộc và mật ong có những tác động dược lý do chúng có liên quan trực tiếp đến thành phần Flavonoids

Hơn 4000 hợp chất Flavonoids đã được phân lập và phân loại dựa vào cấu trúc hóa học

Có 4 nhóm chính: PCO, quercetin, bioflavonoid cam quít và rượu đa chức ở trà xanh

proanthocyanidins nhị trùng, tam trùng, tứ trùng và các phân tử trùng phân lớn hơn được

gọi chung là procyanidolic oligomer, gọi tắt là PCO PCO có trong nhiều loại thực vật và

rượu vang đỏ, tuy nhiên về mặt thương mại người ta hay dùng PCO trong dịch chiết hạt nho hoặc vỏ cây thông vùng biển

Quercetin

Quercetin là một Flavonoids làm xương sống cho nhiều loại Flavonoids khác, gồm rutin, quercitrin, hesperidin – các Flavonoids của cam quít Những dẫn xuất này khác với quercetin ở 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,…)

Các Bioflavonoid trong cam quít gồm rutin, hesperidin, quercitrin, và naringin Hầu hết các khảo sát về rutin và hỗn hợp bioflavonoids thô đều được thực hiện trong thập niên

1970 Từ đó đến nay người ta thường dùng loại hỗn hợp rutinoside định chuẩn gọi là

hydroxyethylrutosides (HER) Các bằng chứng lâm sàng rõ rệt nhất trong điều trị tăng

tính thấm thành mạch, dễ bị vết bầm dưới da, trĩ và các trường hợp dãn tĩnh mạch

Polyphenol của chè xanh

Cả chè xanh (hay trà xanh, green tea) vàø chè đen (black tea)(Vd: trà Lipton, trà Dimah,

…) đều xuất nguồn từ cây chè (trà) (Camellia sinensis) Chè xanh được làm từ đọt lá (lá

ngọn) sấy nhẹ, còn chè đen được hình thành sau một quá trình oxy hóa lá chè Trong quá trình oxy hóa này, các enzyme trong chè chuyển đổi nhiều hợp chất “polyphenol” với những khả năng hoạt động và điều trị vượt trội trở thành những hợp chất ít hoạt động Đối với chè xanh quá trình sấy không làm hoạt hóa các men oxy hóa polyphenol

Polyphenol có chứa vòng phenol trong cấu trúc phân tử Polyphenol chính trong trà xanh

là các flavonoid (catechin, epicatechin, epicatechin gallate, epigallocatechin gallate, và proanthocyanidin) Epigallocatechin gallate là thành phần hoạt động mạnh nhất

2.2.2 Tác dụng hữu ích.

Flavonoid là một nhóm các hợp chất được gọi là “những người thợ sửa chữa sinh hóa củathiên nhiên” nhờ vào khả năng sửa chữa các phản ứng cơ thể chống lại các hợp chất khác

Các loại flavonoid khác