绿色植物色素的提取及色谱分离(教案)

2021年1月24日发(作者：狄葆贤)
苏州大学材料与化学化工学部课程教案

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实验名称
]

绿色植物色素的提取及色谱分离

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教学目标
]

知识与技能
:
通过对绿色植物色素的提取与分离，了解天然产物分离提纯的方法

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教学重点
]

学习柱色谱和薄层色谱分离的基本原理及操作方法

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教学难点
]

薄层色谱、柱层析实验操作要点的掌握和应用

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教学方法
]

陈述法，讲演法


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教学过程
]

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讲述
]

【实验目的】

1.
通过绿色植物色素的提取和分离，了解天然物质分离提纯方法；

2.
通过 对柱色谱和薄层色谱操作方法的掌握，加深了解微量有机物色谱分离、鉴定的
原理。

[
讲述
]

【背景知识】

绿色植物的叶、茎中 ，如菠菜叶，含有叶绿素（绿）、胡萝卜素（橙）和叶黄素（黄）
等
多
种
天然
色
素。
叶
绿素
存
在两
种
结构
相似
的
形式
即
叶绿
素
a(C
55
H
7 2
O
5
N
4
Mg)
和
叶
绿
素b(C
55
H
70
O
6
N
4
Mg)< br>，其差别仅是叶绿素
a
中一个甲基被甲酰基所取代从而形成了叶绿素
b
。它们
都是吡咯衍生物与金属镁的络合物，是植物进行光合作用所必需的催化剂。植物中叶绿素
a
的
含量通常是
b
的
3
倍。尽管叶绿素分子中含有一些极 性基团，但大的烃基结构使它易溶于醚、
石油醚等一些非极性的溶剂。胡萝卜素（
C
4 0
H
56
）是具有长链结构的共轭多烯。它有三种异构
体，即
a-< br>胡萝卜素、
β
-
胡萝卜素和
γ
-
胡萝卜素，其中β
-
胡萝卜素含量最多，也最重要。叶黄素
（
C
40
H
56
O
2
）是胡萝卜素的羟基衍生物，它在绿叶中的含量通常是胡萝卜素的两 倍。与胡萝卜
素相比，叶黄素较易溶于醇而在石油醚中溶解度较小。

本实验先根据各 种植物色素的溶解度情况将胡萝卜素（橙）、叶黄素（黄）、叶绿素
a
和叶绿素
b从菠菜叶中提取出来，然后根据各化合物物理性质的不同用色谱法进行分离和鉴定。

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图示
]

【分离产物结构式】

叶绿素
a
、叶绿素
b
、叶黄素（黄）和
β
-
胡萝卜素的结构式如 下图所示：


[
讲述
]

【色谱法原理】

色谱法是分离、提纯和鉴定有机化合物的重要方法。其分离原理是利 用混合物中各个
成分的物理化学性质的差别，当选择某一个条件使各个成分流过支持剂或吸附剂时，各成 分可
由于其物理性质的不同而得到分离。与经典的分离提纯手段（重结晶，升华，萃取和蒸馏等）
相比，色谱法具有微量、快速、简便和高效等优点。按其操作不同，色谱可分为薄层色谱、柱
色谱、纸 色谱、气相色谱和高压液相色谱等。在此，我们学习柱色谱和薄层色谱（
TLC
）
。< br>
1.
柱色谱原理

液体样品从柱顶加入，流经吸附柱时，即被吸附 在柱中固定相（吸附剂）的上端，然后从
柱顶加入流动相（洗脱剂）淋洗，由于固定相对各组分吸附能力 不同，以不同速度沿柱下移，
吸附能力弱的组分随洗脱剂首先流出，吸附能力强的组分后流出，分段接收 ，以此达到分离、
提纯的目的。

2.
薄层色谱原理

由 于混合物中的各个组分对吸附剂（固定相）的吸附能力不同，当展开剂（流动相）流经
吸附剂时，发生无 数次吸附和解吸过程，吸附力弱的组分随流动相迅速向前移动，吸附力强的
组分滞留在后，由于各组分具 有不同的移动速率，最终得以在固定相薄层上分离。其应用主要
有：跟踪反应进程；鉴定少量有机混合物 的组成；分离；寻找柱色谱的最佳分离条件等。

[
提问
]
试比较叶绿素、叶黄素和胡萝卜素三种色素的极性，为什么胡萝卜素在层析柱中移动
最快？


[
讲述
]

【实验试剂】

新鲜菠菜
3g
、石油醚、乙酸乙酯、丙酮、甲醇、硅胶
G
、中性氧化铝


[
讲述和演示
]

【实验步骤】

1.
菠菜色素的提取过程

取
3g
新鲜菠菜叶于研钵中拌匀研磨
5
分钟，残渣用
20mL
的石油醚
-
乙醇（
2:1
）混合液进
行提取，共提取两次。把浸取液合并过滤 ，滤液转移到分液漏斗中，加入等体积的水洗涤后弃
去下层的水
-
乙醇层，
石 油醚层再用等体积的水洗涤两次，
以除去乙醇和其它水溶性物质。
石油
醚层用无水Na
2
SO
4
进行干燥、浓缩为
2 mL
。取一半做柱层析分离，其余留作薄层层析分析。

2.
柱色谱的一般过程及菠菜色素的分离：

【柱色谱的一般过程】

（
1
）选择吸附剂：

常用的吸附剂：氧化铝，硅胶，氧化镁，碳酸钙，活性炭等

选择规则：吸附剂必须与 被吸附物质和展开剂无化学作用；吸附剂的颗粒大小要适中；可
以根据被提纯物质的酸、碱性选择合适的 吸附剂。

化合物的吸附能力与分子极性的关系：分子极性越强（或分子中所含极性较大的基团 ）其
吸附能力也较强。极性基团的吸附能力排序如下：

Cl-, Br-, I- <
<
C
C
< -OCH
3
< -CO
2
R
C
O
< -CHO < -SH < -NH
2
< -OH < -CO
2
H

（
2
）选洗脱剂：

根据被分离物各组分的极性和溶解度选择相应极 性的溶剂，当单一溶剂无法很好洗脱时，
可考虑选择混合溶剂。

溶剂的洗脱能力按递 增次序排列如下：己烷（石油醚）
、四氯化碳、甲苯、苯、二氯甲烷、
氯仿、乙醚、乙酸乙酯、 丙酮、丙醇、乙醇、甲醇、水。

（
3
）装柱：色谱柱的大小应视处理量而定 ，柱长与直径之比，一般为
10:1 ~ 20:1
。固定相
用量与分离物质用量比约为
50:1 ~ 100:1
。

装柱的方法分湿法和干法两种，无论哪一种，装柱的过程中都要严格排除空气，吸附剂不