Chemické experimenty pro SŠ - chromatografie s přírodními látkami

Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Katedra učitelství a didaktiky chemie

Diplomová práce Chemické experimenty pro SŠ chromatografie s přírodními látkami

Bc. Michala Polívková Školitelka diplomové práce: RNDr. Simona Hybelbauerová, Ph.D. Praha 2010

Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracovala samostatně pod vedením školitelky RNDr. Simony Hybelbauerové, Ph.D. a všechny použité prameny jsem řádně citovala. ...................................................

......................................................... 2

Na tomto místě bych ráda poděkovala RNDr. Simoně Hybelbauerové, Ph.D. za cenné rady a připomínky, které mi při tvorbě této diplomové práce velmi pomohly.

3

Klíčová slova chromatografie, kofein, cholesterol, vitaminy, rostlinná barviva

4

Seznam použitých zkratek TLC

tenkovrstevná chromatografie (Thin layer chromatography)

CC

sloupcová chromatografie (Column chromatography)

Rf

retenční faktor

DDD

doporučená denní dávka

NMR

nukleární magnetická rezonance

HDL

vysokodenzitní lipoproteiny (High - density lipoproteins)

LDL

nízkodenzitní lipoproteiny (Low – density lipoproteins)

VLDL

velmi nízkodenzitní lipoproteiny (Very low – density lipoproteins)

HPLC

vysokoúčinná kapalinová chromatografie (High performance liquid chromatography)

5

Obsah: 1. Úvod ....................................................................................................................8 2. Cíle práce ............................................................................................................9 3. Teoretická část .................................................................................................10 3.1. Rešerše literatury ........................................................................................10 3.2. Metody použité v experimentální části.......................................................11 3.2.1. Chromatografie ....................................................................................11 3.2.1.1. Tenkovrstevná chromatografie (TLC)..........................................12 3.2.1.2. Sloupcová chromatografie ............................................................14 3.2.2. Doplňkové metody...............................................................................14 3.3. Témata k experimentům .............................................................................15 3.3.1. Kofein ..................................................................................................15 3.3.2. Cholesterol...........................................................................................16 3.3.3. Vitaminy ..............................................................................................18 3.3.3.1. Vitaminy B....................................................................................19 3.3.3.2. Vitamin B1 ....................................................................................20 3.3.3.3. Vitamin B2 ....................................................................................21 3.3.3.4. Vitamin B3 ....................................................................................22 3.3.3.5. Vitamin B5 ....................................................................................22 3.3.3.6. Vitamin B6 ....................................................................................23 3.3.3.7. Vitamin B9 ....................................................................................23 3.3.3.8. Vitamin B12 ...................................................................................24 3.3.3.9. Vitamin C......................................................................................25 3.3.3.10. Vitamin H ...................................................................................25 3.3.3.11. Vitamin A ...................................................................................26 3.3.3.12. Vitamin D ...................................................................................26 3.3.3.13. Vitamin E....................................................................................27 3.3.3.14. Vitamin K ...................................................................................28 3.3.4. Barviva.................................................................................................28 4. Experimentální část .........................................................................................31 4.1. Laboratorní pomůcky .................................................................................31 4.2. Experimenty s kofeinem.............................................................................32 6

4.2.1. Tenkovrstevná chromatografie kofeinu...............................................32 4.2.2. Sublimace kofeinu ...............................................................................33 4.3. Experimenty s cholesterolem .....................................................................34 4.3.1. Sloupcová chromatografie cholesterolu ze žloutku.............................34 4.3.2. Krystalizace cholesterolu z vaječného žloutku....................................34 4.3.3. Důkaz cholesterolu v tuku Perla ..........................................................35 4.4. Experimenty s vitaminy..............................................................................36 4.4.1. Fluorescence vitaminů pod UV lampou ..............................................36 4.4.2. Důkaz peptidové vazby........................................................................36 4.4.3. Reakce s chloridem antimonitým ........................................................37 4.4.4. Fluorescence vitaminů ve směsi ..........................................................37 4.4.5. Krystalizace směsi s vitaminem B1......................................................38 4.4.6. Tenkovrstevná chromatografie vitaminu B1 ........................................38 4.5. Experimenty s rostlinnými barvivy ............................................................39 4.5.1. Tenkovrstevná a sloupcová chromatografie barviv z lentilek .............39 4.5.2. Rostlinná barviva jako acidobazický indikátor....................................41 4.5.2.1. Barvivo z lentilek..........................................................................41 4.5.2.2. Barvivo z květů rostlin..................................................................43 4.5.2.3. Barvivo z plodů rostlin .................................................................45 4.5.2.4. Roztoky různého pH s rostlinnými barvivy..................................46 4.5.2.5. Barevné změny u lišejníku............................................................48 4.5.3. Oxidace β–karotenu .............................................................................48 5. Pracovní listy ....................................................................................................50 6. Ověření na školách...........................................................................................67 7. Závěr a diskuse.................................................................................................68 8. Abstrakt ............................................................................................................69 9. Seznam použité literatury ...............................................................................70 10. Přílohy...............................................................................................................73

7

1. Úvod Při výuce chemie je nepostradatelnou součástí experiment, který žáka informuje o praktickém využití teoretických znalostí a motivuje ho k dalšímu poznávání oboru. Chromatografie je na školách v hodinách chemie velmi málo používanou laboratorní metodou. Nejčastěji se žáci setkají s chromatografií na papíře či na křídě, kde si vyzkouší dělení barviv. Tyto experimenty jsou na školách preferovány z důvodu finanční nenáročnosti a běžně dostupných pomůcek. Jestliže se žáci začnou více zajímat o chemii, např. na vysokých školách, zjistí, že s chromatografií pracují studenti i vědci velmi často, především v chemii analytické, organické a dalších jejích odvětvích. Ve specializovaných laboratořích se často pracuje s vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií (HPLC). Chromatografii využívají obory různých lidských činností - kontrola potravin, důkazy látek v lékařském odvětví, při policejním vyšetřování atd. Proto jsem si zvolila toto téma, abych do výuky chemie na školách přispěla novými experimenty, při kterých je využívána chromatografie. Vybrala jsem si přírodní látky, se kterými se každý žák setká i doma. Ve školách nezbývá na téma přírodní látky mnoho času. Pomocí chromatografie se s nimi ale žáci mohou setkat již při seznamování se s dělícími metodami, s analytickou chemií či jinými tématy. Pro budoucí či stávající učitele by měla být tato diplomová práce jak přehledem o vybraných přírodních látkách tak inspirací, jak využít tyto experimenty do jejich praxe.

8

2. Cíle práce • Rešerše učebnic • Popis chromatografie a zvolených témat k experimentům • Návrh experimentů zaměřených na chromatografii, které by byly použitelné v praxi na středních školách • Tvorba pracovních listů ke každému tématu spolu s návodem na laboratorní cvičení a vypracování autorského řešení • Ověření jednotlivých experimentů na gymnáziu

9

3. Teoretická část 3.1. Rešerše literatury V literatuře pro střední i základní školy jsem hledala informace o chromatografii, zda je v nich toto téma zpracováno, jestli je zde popsána pouze teorie nebo i návody k experimentům. Po prostudování dostupných učebnic a další literatury z Katedry učitelství a didaktiky chemie jsem zjistila, že ve 26 publikacích z 59 je zmíněno o chromatografii. Vytvořila jsem tedy tabulku s touto literaturou (viz tabulka 1), ve které je uvedeno jméno autora, název publikace, nakladatelství a rok vydání. Tabulka je seřazená dle roku vydání. Čísla publikací pak odpovídají seznamu literatury. Do tohoto soupisu jsem zahrnula i dvě učebnice pro základní školy od nakladatelství FRAUS, protože jsem chtěla upozornit, že i na základní škole se žáci mohou setkat s chromatografií. V učebnici1 se popisuje chromatografie rostlinných barviv na křídě a v učebnici2 je vysvětlena chromatografie barviv z fixů na křídě. V publikacích3,5,7,9,11,20,21,22,23,26 se nachází teoretické zpracování chromatografie, v literatuře1-4,6-10,12-17,19,20,22,24-26

jsou

návody

na

experimenty

s chromatografií

a v publikaci18 pracovní listy. Nejčastějším tématem experimentů byla chromatografie na křídě - dělení barviv z fixů nebo papírová chromatografie rostlinných barviv (např. z břečťanu, špenátu, jetele). Ve třech cvičebnicích9,22,24 byl popsán důkaz aminokyselin pomocí chromatografie. Experimenty zaměřené na chromatografii jsou často v těchto publikacích doprovázeny obrázky či fotografiemi, které poslouží ke kontrole správnosti vlastních výsledků. Nejčastěji se vyskytuje obrázek s chromatografií rostlinných barviv, kruhová chromatografie barviv z bonbonů a chromatografie barviv z fixů na křídě. Z hlediska používané techniky se nejvíce objevila plošná chromatografie (na papíře a na TLC destičkách) a nejméně sloupcová chromatografie v literatuře10. Další z technik byla

zmíněna

plynová

chromatografie

v

publikaci15

a

gelová

chromatografie

19

ve cvičebnici . K tématu chromatografie bylo nejvíce napsáno v publikaci7, kde se vyskytla teorie i experimenty na barviva z popisovačů, na důkazy aminokyselin a na další látky. Také literatura3 obsahovala teorii k chromatografii a návody na experimenty s rostlinnými barvivy z listů kopřivy a koření červené papriky. 10

Tabulka 1: Rešerše literatury Pořadí Autor

Název

Nakladatelství

Rok

Fraus, Plzeň

2007

1.

J.Škouda, P.Doulík

Chemie 9 - učebnice

2.

J.Škouda, P.Doulík

Chemie 8 - učebnice

Fraus, Plzeň

2006

3.

M.Klečková, P.Los

Seminář a praktikum z chemie

SPN, Praha

2003

4.

P.Beneš, V.Pumpr

Základy praktické chemie I

Fortuna, Praha

2003

5.

V.Flemr, B.Dušek

Chemie I pro gymnázia

SPN, Praha

2001

6.

M.Klečková, J.Ševčík

Chemíčkova dobrodružství

SPRINT, Olomouc

2001

7.

W.Amann, W.Eisner

Chemie pro SŠ 2b

VŠCHT, Scientia, Praha 2000

8.

M.Bílek, J.Richtera

Chemie na každém kroku

MOBY DICK, Praha

2000

9.

K.Kolář, J.Kubica

Lab. cvičení z organické chemie I

Gaudeamus, Hrad. Král.

2000

10.

H.Čtrnáctová

Chem. pokusy pro školu a zájm. činnost Prospektrum, Praha

2000

11.

A.Šilhánková a kol

Laboratoř organické chemie

VŠCHT, Praha

2000

12.

M.Bílek, J.Richtera

Chemie krok za krokem

MOBY DICK, Praha

1999

13.

P.Koloros

Technika a didaktika školních pokusů I

JU, České Budějovice

1999

14.

M.Hrstka

Lab. cvičení z chemie (3. roč. gym.)

MC nakl., Brno

1998

15.

W.Eisner, R.Fladt

Chemie pro SŠ 1b


16.

W.Eisner, R.Fladt

Chemie pro SŠ 1a


17.

E.Musilová, M.Soldán

Návody pro cvičení z an. a org .chemie

Ped.f, MU, Brno

18.

P.Klouda

Moderní analytické metody

P.Klouda, Ostrava

1996

19.

L.Fukal a kol

Laboratorní cvičení z biochemie

VŠCHT, Praha

1996

20.

J.Banýr, P.Beneš

Chemie pro SŠ

SPN, Praha

1995

21.

J.Vacík

Přehled středoškolské chemie

SPN, Praha

1990

22.

J.Barek, J.Zima

Návody ke cvičení z analýzy org. slouč.

SPN, Praha

1990

23.

G.B.Šulpin

Okouzlující chemie

SNTL, Praha

1989

24.

P.Beneš a kol.

Cvičení z chemie II (pro 2. roč. gym.)

SPN, Praha

1986

25.

P.Dvořák

Praktikum z fyziologie rostlin

SPN, Praha

1985

26.

P.Beneš a kol.

Cvičení z chemie (pro 3. roč. gym.)

SPN, Praha

1980

1996

3.2. Metody použité v experimentální části 3.2.1. Chromatografie Chromatografie27 je jedna ze separačních metod, která byla od roku 1903 spojena s dělením listových barviv na uhličitanu vápenatém. Za jejího objevitele je považován ruský botanik M. S. Cvět. Tato metoda je založená na tom, že dochází k mnohonásobnému ustavování rovnováhy separované směsi mezi mobilní a stacionární fází. Pevná nebo kapalná látka tvoří stacionární fázi a mobilní fázi pak tvoří kapalina nebo plyn.

11

Podle způsobu28 provedení chromatografie se dělí na: •

sloupcovou chromatografii (CC)

•

plošnou chromatografii - tenkovrstevná (TLC), papírová (PC) Podle skupenství mobilní fáze se dělí na:

•

plynovou chromatografii (GC)

•

kapalinovou chromatografii (LC) Podle principu separace se dělí na:

•

adsorpční chromatografii

•

iontovou chromatografii

•

gelovou chromatografii

•

afinitní chromatografii Při experimentální práci byla nejvíce využita tenkovrstevná a sloupcová

chromatografie.

3.2.1.1. Tenkovrstevná chromatografie (TLC) Tenkovrstevná chromatografie29 je typ plošné chromatografie, kde se jako stacionární fáze užívá jemnozrnný sorbent umístěný v tenké vrstvě na podkladové desce. Mobilní fázi tvoří rozpouštědlo nebo směs rozpouštědel o určité polaritě, např. ethanol, voda, kyselina octová, hexan a jiné. TLC slouží k průběžnému sledování reakcí a zjištění čistoty látek. Poskytuje také informace o volbě vhodné mobilní fáze pro sloupcovou chromatografii. Dobré výsledky v dělení směsi lze pozorovat na fixovaných tenkých vrstvách, např. na hliníkových fóliích se silikagelem. Příprava vlastních destiček spočívá v nanesení sorbentu na podložku (např. mikroskopická podložní sklíčka). Jako stacionární fáze se nejčastěji pro přípravu vlastních destiček používá silikagel o velikosti částic 5 - 40 µm. Omytá sklíčka je možné použít znovu. Látka, která je zkoumána, je rozpuštěna v rozpouštědle a nanáší se skleněnou kapilárou na startovní linii destičky (viz obrázek 1). Kapiláry si lze vyrobit natažením rozžhavené skleněné trubičky. Pokud je potřeba nanést více vzorků na startovní linii, měly by mít od sebe dostatečnou vzdálenost. Rozpouštědlo se nechá vypařit a poté je destička 12

vložena do vyvíjecí komory (kyveta krytá podložním sklem) s mobilní fází. Aby nedocházelo k úniku par rozpouštědla, musí být komora po celou dobu vzlínání zavřena. Po dosažení čela rozpouštědlem (několik mm pod horní okraj destičky) se sklíčko vyjme a podle potřeby se pokračuje vhodnou detekcí, např. postřikem 10 % kyselinou sírovou a následným zahřátím nebo pod UV zářením. Při některých experimentech je výsledek chromatografie viděn již při vzlínání rozpouštědla, např. při dělení rostlinných barviv. Rozpouštědlo je vybráno metodou pokusu a omylu. Proto je vhodné si všechny pokusy zaznamenávat. Rozpouštědla podle stoupající polarity uvádí tzv. eluotropická řada. Např. Kvíčala30 uvádí řadu tvořenou z běžných rozpouštědel a jejich směsí: petrolether < petrolether:dichlormethan (5:1) < petrolether:dichlormethan (1:1) < dichlormethan < dichlormethan:ethylacetát (5:1) < dichlormethan:ethylacetát (1:1) < ethylacetát < ethylacetát:ethanol (2:1) < ethanol < ethanol:kyselina octová (2:1) < kyselina octová

Výsledkem chromatografie bývá skvrna na vrstvě. Vzdálenost skvrny od startovní linie je závislá na použitém rozpouštědle a na polaritě látky. Tvar skvrny může být ovlivněn rozpustností látky v mobilní fázi. Retenční faktor (Rf) je veličina, která charakterizuje chromatografické vlastnosti látek v určité soustavě rozpouštědel. Vypočítá se jako podíl vzdálenosti skvrny od startovní linie (a) a vzdálenosti čela od startovní linie (b). Rf = a / b. Nabývá hodnot 0 - 1. Kritériem při výběru rozpouštědla na sloupcovou chromatografii je mimo jiné hodnota Rf, která by měla být 0,3 - 0,4.

……čelo rozpouštědel

……střed skvrny

……startovní linie

Obrázek 1: Retenční faktor

Vyhodnocení stop se provádí subjektivním porovnáním. Vhodné je porovnávat vzorek se standardem. 13

3.2.1.2. Sloupcová chromatografie Sloupcová chromatografie, je nazývána také kolonová, se užívá k izolaci látek ze směsi. Patří k metodám, které jsou finančně nenáročné, ale mají delší dobu zpracování. Mobilní fáze je rozpouštědlo, které se pohybuje sloupcem adsorbentu pomocí gravitace. Volí se takové, které dobře vyvíjí vzorek na tenké vrstvě. Rozpouštědla používaná k vymytí látek ze sloupce se řadí podle stoupající polarity (viz eluotropická řada v kapitole 3.2.1.1.). Sorbent s rozpouštědlem se nalije do kolony, v jejímž ústí může být malý smotek vaty. Po sesednutí sorbentu se na vrchol sloupce umístí látka, která má být chromatograficky čištěna, je rozpuštěna v co nejmenším množství rozpouštědla. Obvykle se nechává rozpuštěná látka na sloupci 15 - 30 minut a až poté se přidává mobilní látka. Jednotlivé frakce se jímají např. do zkumavek. Pro lepší separační výsledky je vhodné pracovat s menším objemem jímaných frakcí. Dělení by nemělo být přerušováno, aby sloupec nevyschnul. Pomocí TLC se zjistí přítomnost látky v jednotlivých frakcích. Při pozitivním důkazu se frakce nechá odpařit, např. pomocí rotační vakuové odparky nebo destilací.

3.2.2. Doplňkové metody Další metody používané v experimentální části jsou doprovodnými k jednotlivým tématům. Patří sem vliv kyselého a zásaditého prostředí na rostlinná barviva (anthokyaniny), oxidace β-karotenu pomocí manganistanu draselného, Biuretův test u vybraných

vitaminů,

fluorescence

vybraných

vitaminů,

krystalizace

kofeinu

a cholesterolu a jiné. Použití těchto metod je popsáno v experimentální části (viz kapitola 4.).

14

3.3. Témata k experimentům 3.3.1. Kofein Kofein je organická látka, která patří mezi alkaloidy. Alkaloidy jsou přírodní látky obsažené v rostlinách jako např. vlčí mák, rulík zlomocný, chvojník čínský atd. Vzácně se vyskytují i u některých živočichů (např. u obojživelníků) a u hub. Po chemické stránce mají alkaloidy různorodý charakter, od jednoduchých až po složité struktury. Společným prvkem u všech struktur je přítomnost dusíku, který je vázán v heterocyklu. Alkaloidy31 jsou látky bazické a mnoho z nich má biologický význam, používají se do farmaceutických preparátů. V dřívější době byly ale spíše zneužívány jako jedy a v dnešní době i jako drogy. Mezi zástupce alkaloidů patří chinin (lék proti malárii), atropin (lék proti křečím hladkého svalstva), koniin (jed, kterým se otrávil Sokrates), morfin (lék na tlumení bolesti) a další.

Obrázek 2: Vzorec kofeinu

Kofein se systematicky nazývá 1,3,7-trimethylxanthin se sumárním vzorcem C8H10N4O2 (viz obrázek 2). Spadá do skupiny purinových alkaloidů, methylových derivátů xanthinu, ve které jsou zastoupeny také theobromin (v kakau) a theofylin (v čaji). Kofein je obsažen především v čajových lístcích, kávových zrnech, kakaových bobech a cola ořechách. Nachází se v menším množství i ve fazolích. Rostliny ho obsahují jako ochranu před hmyzem. V roce 1918 byl kofein objeven německým chemikem Ferdinandem Rungem32. Pojmenoval ho podle chemicky aktivní látky v kávě (v angličtině caffeine). Tento alkaloid byl využíván už v dávných dobách, lidé žvýkali listy, kůru nebo semena rostlin a pravděpodobně pociťovali lepší náladu. Později se ukázalo, že větší efekt přineslo, když se tyto rostlinné části zalily horkou vodou. Rostlinné části z kávovníku konzumovali lidé už v Etiopii, zaháněli tím pocit hladu v období hladomoru. Kakao bylo známé již od dob

15

Mayské kultury, čokoláda se pak objevila jako luxusní nápoj ve Střední Americe. Kakaové boby byly dokonce užívány jako platidlo. Na člověka33 působí kofein jak pozitivně tak negativně. Aktivizuje člověka, zrychluje mu tep, pomáhá k odbourávání tuků. Ve větší míře ale způsobuje problémy a to na cévní, trávicí a opěrnou soustavu. Citlivým lidem může přivodit v krajním případě infarkt, žaludeční vředy či urychlit osteoporózu. Má diuretické účinky. Na kofein lze získat závislost stejně jako na jiné alkaloidy, převážně se tato závislost projevuje při pití kávy. Abstinenční příznaky jsou únava, bolest hlavy a jiné. Smrtelná dávka je 150 mg/kg, přičemž nejvyšší dávku, kterou člověk ještě přežil, byla 24 g. Kofein se do těla dostává orálně (ústy), vstřebává se v žaludku a tenkém střevě. Štěpí se na močovinu, která se vylučuje z těla. Rychleji se vstřebává z kávy než z čaje, protože v čaji jsou obsaženy i další alkaloidy, které oddalují jeho vstřebávání. Tento alkaloid se vyskytuje v nápojích každodenní spotřeby jako je např. čaj a káva. V jednom šálku čaje je ho obsaženo 50 mg, zatímco v jednom šálku kávy 120 mg. Vysoký obsah kofeinu mají i aktivizující nápoje (např. Semtex), 150 mg na 250 ml nápoje. Z potravin se vyskytuje v čokoládě, nejvíce je obsažen v hořké čokoládě, 10 mg na 100 g čokolády, v porovnání s šálkem kávy je to malé množství. U mléčné čokolády je ho méně, 3 mg na 100 g čokolády. Začal se přidávat i do kosmetických produktů jako např. mýdel a šampónů. V poslední době je součástí některých farmaceutických přípravků, které mají zvýšit pozornost a oddálit únavu. Kofein lze dokázat pomocí chromatografie na tenké vrstvě (viz experimentální část kapitola 4.2.1.). Z čajových lístků se dá kofein snadno získat sublimací (viz experimentální část kapitola 4.2.2.).

3.3.2. Cholesterol Cholesterol je organická látka patřící mezi steroidy. Všechny tyto látky jsou odvozeny

od

tetracyklického

systému

zvaného

cyklopentanoperhydrofenantren

(viz obrázek 3).

16

Obrázek 3: Vzorec cyklopentanoperhydrofenantrenu

Steroidy34 jsou přírodní látky, které se vyskytují v těle živočichů i rostlin, patří sem zástupci jako např. ergosterol, kyselina cholová, testosteron, estradiol, progesteron, kortisol, kortikosteron a aldosteron.

Obrázek 4: Vzorec cholesterolu

Cholesterol se sumárním vzorcem C27H46O (viz obrázek 4) tvoří krystaly jehlicovitého

tvaru.

Dají

se

získat

krystalizací

roztoku

vaječného

žloutku

(viz experimentální část kapitola 4.3.2.). Je součástí buněčné membrány, tvoří nervové a mozkové buňky, je stavební jednotkou pro některé hormony. Najdeme ho také ve žlučových kamenech. Přijímáme ho v potravě a část si organismus vytváří sám. Je pro nás nezbytný, ale zároveň ve větší míře škodí. U dětí je za normální hladinu cholesterolu v krvi považována hodnota do 4,4 mmol/l krve, u dospělého člověka do 5,0 mmol/l krve. Hodnota nad 5,0 do 6,5 pro člověka znamená, že by měl upravit svůj jídelníček, tzn. omezit vysokokalorická jídla. Hodnota větší než 6,5 je pro člověka nebezpečná, hrozí mu vznik srdečních chorob a cévních onemocnění, tento člověk by měl pravidelně navštěvovat lékaře. 15 - 20 % obyvatel ČR má zvýšenou hodnotu cholesterolu v krvi. Toto onemocnění se nazývá hyperlipidemie nebo hyperlipoprotenie (HLP). K potravinám35 s vysokým obsahem cholesterolu patří vaječný žloutek, vnitřnosti (játra, ledvinky), máslo, majonéza, smažené pokrmy atd. K potravinám se sníženým obsahem tohoto steroidu patří rostlinné tuky a margariny. Denní příjem cholesterolu by neměl přesáhnout hodnotu 300 mg. Tuto hodnotu má např. 1 žloutek, 350 g sýra, 400 g drůbežího masa. 17

V některých případech je hladina cholesterolu dána geneticky, díky prodělanému onemocnění, věkem (nad 45 let u mužů, nad 55 let u žen) anebo přítomností cukrovky. Ovlivnit ji lze pomocí změny jídelníčku, snížením hmotnosti (u obézních lidí), sportováním, důležité je i přestat kouřit. Celkově by člověk měl dodržovat pravidla zdravého životního stylu. Cholesterol tvoří v těle spolu s proteiny lipoproteiny. Ty se dělí podle hustoty na vysokodenzitní

lipoproteiny

(HDL,

High - density

lipoproteins),

nízkodenzitní

lipoproteiny (LDL, Low - density lipoproteins) a velmi nízkodenzitní lipoproteiny (VLDL, Very low - density lipoproteins). HDL má hustotu 1,063 - 1,210 g/ml, odstraňuje cholesterol jako stearát z odumřelých buněk a transportuje ho do jater. Navíc obsahují enzym, který má antioxidační účinek. LDL má hustotu 1,006 - 1,063 g/ml, vzniká v játrech a přenáší cholesterol ve formě esterů do periferních tkání. Pokud LDL přenese více cholesterolu než je třeba a HDL ho nestihne odstraňovat, začne se cholesterol ukládat do artérií. VLDL má hustotu 0,940 - 1,006 g/ml, vzniká v játrech a ve střevech, přenáší triacylglyceroly ze střeva k periferním tkáním.

3.3.3. Vitaminy Vitaminy36 jsou nízkomolekulární organické sloučeniny, které jsou nezbytné pro náš organismus. Plní zde funkci katalyzátorů biochemických reakcí, zúčastňují se metabolismu bílkovin, tuků a cukrů. Vitaminy získáváme v potravě, ale některé si dokáže náš organismus i vyrobit sám. Vitaminy jsou obsaženy v ovoci a zelenině, ve vnitřnostech, mase, rybách, kvasnicích, mléce, luštěninách a dalších potravinách. Po chemické stránce mají různou strukturu, od jednoduchých sloučenin až po složité. Dělí se na: •

Vitaminy rozpustné ve vodě -

vitaminy B: vitamin B1, vitamin B2, vitamin B3, vitamin B5, vitamin B6, vitamin B9, vitamin B12; vitamin C, vitamin H

•

Vitaminy rozpustné v tucích -

vitamin A, vitamin D, vitamin E, vitamin K Při mírném nedostatku vitaminů dochází k tzv. hypovitaminóze, která se projevuje

poruchami funkcí organismu. V tabulce 2 uvádím příklady hypovitaminóz. Avitaminóza je 18

choroba organismu, při kterém chybí v plné hodnotě daný vitamin. Při nadbytku vitaminu se projeví hypervitaminóza, která ve většině případů nemá negativní dopad. Tabulka 2: Hypovitaminózy

Název vitaminu

Hypovitaminóza

Vitamin B1

Vyčerpání

Vitamin B2

Rozpukané rty

Vitamin B3

Dermatitida

Vitamin B5

Hubnutí

Vitamin B6

Anémie

Vitamin B9

Megaloblastická anémie

Vitamin B12

Nervová degenerace

Vitamin C

Krvácení z dásní

Vitamin H

Deprese, dermatitida

Vitamin A

Šeroslepost

Vitamin D

Měknutí kostí

Vitamin E

Hemolýza červených krvinek

Vitamin K

Snížená srážlivost krve

3.3.3.1. Vitaminy B Vitaminy B jsou ve vodě rozpustné vitaminy, které se vyskytují v běžných potravinách. Mají nezastupitelný význam pro zdraví organismu. Jednotlivé vitaminy jsou popsány dále. B komplex je skupina vitaminů B, které jsou volně prodejné v lékárnách, kde se dá koupit i silnější balení forte. Např. společnost Zentiva dodává B komplex forte, kde je v jedné tabletě 15 mg vitaminu B1 (1071 % DDD), 15 mg B2 (937,5 % DDD), 50 mg B3 (278 % DDD), 25 mg B5 (417 % DDD), 10 mg B6 (500 % DDD). Tableta je obarvena barvivy - chinolinová žluť (viz obrázek 5), žluť SY (viz obrázek 6), azorubin (viz obrázek 7), ponceau 4R (viz obrázek 8), čerň BN (viz obrázek 9). Tabletu B komplexu lze odbarvit pomocí aktivního uhlí (viz experimentální část kapitola 4.4.).

19

Obrázek 5: Vzorec chinolinové žluti

Obrázek 6: Vzorec žluti SY

SO3Na

NaO3S

N

N OH

NaO3S

Obrázek 7: Vzorec azorubinu

Obrázek 8: Vzorec ponceau 4R

NaO3S

O N H

NaO3S

CH3

O

HN

N

NaO3S

N

N

SO3Na Obrázek 9: Vzorec černi BN

3.3.3.2. Vitamin B1 Tento vitamin je složen ze substituovaných jader thiazolu a pyrimidinu (viz obrázek 10). Má hydrofilní charakter. Vyskytuje se v kvasnicích, mase, oříškách a medu. Pozitivně působí na nervovou soustavu. Při avitaminóze může dojít k onemocnění zvané beri-beri, 20

které se vyskytuje v asijských zemích, projevuje se ztrátou chuti k jídlu, vyčerpaností a depresemi. U nás je toto onemocnění nepravděpodobné. V lékárnách je volně prodejný, např. společnost Zentiva dodává preparát, kde je v jedné tabletě obsaženo 50 mg vitaminu B1, přičemž denní potřeba je 1 - 2 mg. Vitamin B1 lze dokázat ve směsi vitaminů pomocí chromatografie na tenké vrstvě (viz experimentální část kapitola 4.4.6.).

Obrázek 10: Vzorec vitaminu B1

3.3.3.3. Vitamin B2 Vitamin B2 je žlutooranžové barvivo, které patří mezi flaviny. Je rozpustný ve vodě a odolný vůči vysokým teplotám. Vzorec tvoří heterocyklické isoalloxazinové jádro a cukerný alkohol ribitol, jeho sumární vzorec je C17H20N4O6 (viz obrázek 11). V průmyslu bývá používán jako potravinářské barvivo s označením E101. Vyskytuje se v kvasnicích, játrech a ledvinách. Avitaminóza se projevuje zánětem ústního koutku a spojivek, světloplachostí. Je důležitý pro metabolismus cukrů, tuků a aminokyselin. Tvoří flavinmononukleotid (FMN) a flavinadenindinukleotid (FAD). V lékárně je tento vitamin volně prodejný. Např. společnost Generica dodává tablety oranžové barvy, v jedné tabletě je obsaženo 10 mg vitaminu B2 (625 % DDD). OH HO

OH OH

N

O HN

N

CH3

N

CH3

O


21

3.3.3.4. Vitamin B3 Vitamin B3 je systematickým názvem pyridin-3-karboxylová kyselina. Další formou tohoto vitaminu je nikotinamid, se sumárním vzorcem C6H6N2O, kde je karboxylová skupina nahrazena amidovou skupinou (viz obrázek 12). Kyselina nikotinová přispívá ke snížení hladiny cholesterolu v krvi. Také pomáhá k syntéze NAD+ a NADP+. Tento vitamin může být určen i ke snižování krevního tlaku, protože rozšiřuje cévy. Vyskytuje se v kvasnicích, tuňáku, fazolích a krůtím mase. Při jeho nedostatku trpí lidé nespavostí, nechutenstvím. Vážné onemocnění se nazývá pelagra, které se projevuje hlavně hubnutím. Při zvýšené spotřebě vitaminu B3 může dojít k zarudnutí pokožky. V lékárnách lze sehnat tento vitamin např. ve směsi vitaminů jako je B komplex, kde je vysoký obsah vitaminu B3 (viz složení B komplexu kapitola 3.3.3.1.).

Obrázek 12: Vzorec nikotinamidu

3.3.3.5. Vitamin B5 Vitamin B5 je necyklická organická sloučenina tvořená aminokyselinou β-alanin a kyselinou pantoovou se sumárním vzorcem C9H17O5N (viz obrázek 13). Nachází se v mnoha potravinách, hlavně v mase a luštěninách. Při jeho avitaminóze může nastat onemocnění zvané burning foot syndrom, které se projevuje křečemi v nohách, nespavostí a dalšími příznaky. U nás není pravděpodobné, že by došlo k avitaminóze, protože tento vitamin je častý v potravě. Využívá se v kosmetice, přidává se do pleťových krémů, šampónů, kondicionérů a krémů na opalování. V lékárnách je volně prodejný, např. společnost Jenapharm dodává tablety, kde v jedné tabletě je obsaženo 100 mg dexpanthenolu.


22

3.3.3.6. Vitamin B6 Vitamin B6 se sumárním vzorcem C8H11NO3 se systematicky nazývá 2-methyl-3hydroxy-4,5-bis(hydroxymethyl)pyridin (viz obrázek 14). Účinnou formou tohoto vitaminu je pyridoxalfosfát, koenzym řady enzymů, které metabolizují aminokyseliny. Vitamin B6 je důležitý pro tvorbu červených krvinek a protilátek. Vyskytuje se např. v játrech, vepřovém masu, vejci, droždí, špenátu atd. Jeho nedostatek způsobuje záněty sliznice dutiny ústní, křeče, změny v krevním obraze. Při jeho předávkování mohou nastat u citlivých lidí alergické reakce. V lékárnách je volně prodejný, např. společnost Zentiva dodává tento preparát v bílých tabletách. V jedné tabletě je 20 mg pyridoxin hydrochloridu, přičemž potřebná denní dávka u dospělého člověka je 2,2 mg.


3.3.3.7. Vitamin B9 Tento vitamin se triviálně nazývá kyselina listová, někdy je také označován jako vitamin M. Je to ve vodě rozpustný vitamin se sumárním vzorcem C19H19N7O6 (viz obrázek 15). Jeho význam spočívá v syntéze nukleových kyselin, při krvetvorbě, pro růst a vývoj plodu. Už název napovídá jeho výskyt, je obsažen např. v listové zelenině, jako je špenát a brokolice. Dále se vyskytuje v játrech a kvasnicích. Hypovitaminóza tohoto vitaminu se projevuje megaloblastickou anémií, červené krvinky jsou zdeformované a zčásti ztrácejí schopnost přenášet kyslík. Tento vitamin se doporučuje brát během těhotenství, protože napomáhá dělení buněk a předpokládá se, že snižuje riziko vzniku vrozených vad. Při jeho nadbytku v těle nehrozí nebezpečí, protože je odváděn z těla močí. V lékárnách je volně prodejný, např. společnost Gelmed dodává tento vitamin v bílých tabletách. V jedné tabletě je ho obsaženo 200 µg, což je 100 % DDD.

23


3.3.3.8. Vitamin B12 Tento vitamin je strukturně velmi složitá komplexní sloučenina kobaltu, bývá triviálně nazývána kobalamin (viz obrázek 16). Kobalamin je důležitý pro tvorbu krve, syntézu ATP a správnou funkci nervové soustavy. Vyskytuje se ve vejcích, sýrech, mléku a vnitřnostech. Přidává se do farmaceutických přípravků na zvýšení pozornosti či snížení rizika vzniku srdečních chorob. Při jeho nedostatku trpí lidé chudokrevností, zapomnětlivostí a hubnou. Při hypervitaminóze dochází k ukládání tohoto vitaminu do jater, kde může zůstat i několik let. V lékárnách lze zakoupit přípravky, které obsahují ve směsi přídavek kobalaminu. Např. společnost Favea dodává tablety, kde v jedné tabletě je obsaženo 20 µg kyanokobalaminu a 30 µg hydroxykobalaminu. Jeho doporučená denní dávka je 3 µg. CONH2 H2NOC

N H2NOC

CONH2

N Co N N

NH2OC N NH2OC

O N

HN HO

O

H3C PO4 HO


24

3.3.3.9. Vitamin C Tento vitamin se sumárním vzorcem C6H8O6 se nazývá také kyselina L-askorbová (viz obrázek 17). Tento vitamin je pro organismus nezbytný, plní životně důležité funkce. Podílí se na metabolismu aminokyselin, podporuje vstřebávání železa, růst, vývoj kostí a zubů, tvorbu bílých krvinek, má antioxidační účinky. Rostliny a většina zvířat si tento vitamin syntetizují sami, pouze člověk a jen několik málo zástupců z živočišné říše musí tento vitamin přijímat v potravě. Nachází se v ovoci a zelenině, vysoký obsah je v šípku. Při nedostatku tohoto vitaminu se zhoršují zuby, zpomaluje se růst a zvyšuje se náchylnost k nemocem. Při avitaminóze se může objevit onemocnění zvané kurděje. Tato nemoc se projevuje krvácením z dásní, ztrátou zubů, anémií, oslabováním svalstva a žaludečními vředy. Při hypervitaminóze nehrozí nebezpečí. Je dostupný v lékárnách i ve velkoobchodech. Např. společnost Walmark dodává tablety oranžové barvy, kde je v jedné tabletě 100 mg vitaminu C, což je 167 % DDD.

Obrázek 17: Vzorec vitaminu C

3.3.3.10. Vitamin H Tento vitamin je nazýván biotin, vitamin B7 a také koenzym R. Jeho vzorec se skládá z derivátu močoviny, thiofenu a zbytku kyseliny valerové (viz obrázek 18). Vitamin H je kofaktor karboxyláz, což jsou enzymy, které umožňují navázání CO2 do chemických sloučenin. Tento vitamin se vyskytuje ve vaječném žloutku, kvasnicích, játrech a ledvinách. Jeho nedostatek se projevuje poruchami funkce kůže, vytváří se šupinky a kožní léze, může vyvolat nervové poruchy a únavu. Je volně prodejný v lékárnách, dodává ho např. společnost Naturvita. V jedné tabletě je obsaženo 0,075 mg vitaminu H, což je 100 % DDD.

25

Obrázek 18: Vzorec vitaminu H

3.3.3.11. Vitamin A Tento vitamin se sumárním vzorcem je C20H30O je rozpustný v tucích (viz obrázek 19). Je důležitý pro tvorbu zrakového pigmentu - rodopsinu, který je potřebný za nízkého osvětlení. Proto nedostatek tohoto vitaminu vede k šerosleposti. Mimo jiné je tento vitamin důležitý antioxidant. Je nutný pro vývoj epitélií, bez něj buňky rohovatí. Nebezpečí přestavuje pro těhotné ženy, ve vysoké koncentraci tohoto vitaminu dochází k potratům či zdravotním komplikacím u plodu. Zdrojem vitaminu A jsou především vnitřnosti, vysoký obsah tohoto vitaminu byl zjištěn v medvědích játrech. Doporučená denní dávka je 750 µg. V našem těle se vytváří díky β-karotenu, který se nachází např. v mrkvi a rajčatech. β-karoten se pomocí enzymů obsažených v játrech oxiduje na vitamin A. Prodává se volně v lékárnách, např. společnost Walmark dodává průhledné kapsle plněné hustou kapalnou látkou. V jedné kapsli je 1800 µg vitaminu A, což je 225 % DDD.

Obrázek 19: Vzorec vitaminu A

3.3.3.12. Vitamin D Vitamin D je souhrnný název pro vitamin D3 - cholekalciferol (viz obrázek 20) a D2 - ergokalciferol (viz obrázek 21). Oba vitaminy patří mezi steroidy. Tento vitamin podporuje vstřebávání vápníku v těle. Prekurzory tohoto vitaminu, 7-dehydrocholesterol a ergosterol, jsou obsaženy v potravě a na slunečním světle se mění na aktivní vitamin.

26

7-dehydrocholesterol se vyskytuje v mléčných výrobcích a rybách, ergosterol se vyskytuje v zelenině. Při nedostatku tohoto vitaminu dochází k měknutí kostí, u dětí se může objevit onemocnění zvané křivice. Křivice se projevuje změnou postavení kostí, dítě přestává chodit, obratle se mu hroutí a vznikají zakřiveniny páteře.

Také dochází

ke zhoršení kvality zubů. Při hypervitaminóze může dojít k poruchám metabolismu vápníku a fosforu, v některých případech končí smrtí. Lze ho sehnat v lékárnách v multivitaminových přípravcích.

Obrázek 20: Vzorec vitaminu D3

Obrázek 21: Vzorec vitaminu D2

3.3.3.13. Vitamin E Tento vitamin se také nazývá tokoferol a je rozpustný v tucích. Jeho vzorec je odvozen od derivátu tokolu (viz obrázek 22). Je důležitý pro organismus, protože chrání cévy před kornatěním, udržuje pevnou pokožku, vychytává volné radikály a chrání organismus před projevy stárnutí. Tento vitamin je obsažen v másle, mléce, oleji z pšeničných klíčků, burských oříšcích a mase savců. V organismu se stává součástí membrán

buněk.

Hypovitaminóza

je

spojena

s poruchami

vstřebávání

tuků,

s neurologickými potížemi, snížení obranyschopnosti a poruchou funkce gonád. Lze ho volně koupit v lékárně, např. společnost Noventis dodává červené želatinové kapsle. V jedné kapsli je 100 mg vitaminu E, což je 270 % DDD.

Obrázek 22: Vzorec vitaminu E

27

3.3.3.14. Vitamin K Tento vitamin se také nazývá fylochinon (viz obrázek 23) a je obsažen v listové zelenině (brokolice, špenát, kapusta). Tento vitamin je důležitý pro srážlivost krve, mineralizaci kostí, buněčný růst a metabolismus proteinů cévní stěny. Jeho nedostatek tedy způsobuje špatnou srážlivost krve, krvácení z nosu a krev v moči. Je volně prodejný, lze ho sehnat v multivitaminových přípravcích, např. společnost MedPharma dodává multivitaminy, kde je v jedné tabletě obsaženo 0,03 mg vitaminu K.

Obrázek 23: Vzorec vitaminu K

3.3.4. Barviva Barviva jsou chemicky různorodé skupiny sloučenin. Barviva37 se obecně dělí na přírodní a syntetická barviva. Mezi přírodní barviva patří např. chlorofyl a mezi syntetická např. tartazin. Jiná možnost dělení barviv je podle chemické struktury na pyranová, pyrrolová, polyenová, chinonová, indolová a pteriny. Pyranová barviva jsou nejčastějšími barvivy v květech a plodech rostlin. Jsou odvozena od základního skeletu flavonu. Řadí se sem xanthonová barviva, flavony, flavonoly, anthokyaniny a složitější pyranová barviva. Anthokyaniny dávají rostlinám barvu od červené až po fialovou. Podle rostliny mají i své názvy, např. petunidiin v Petunii, malvidin v malvici jabloně, pelargonidin v Pelargonii (viz obrázek 24). Anthokyaniny jsou barevně závislé na pH a přítomnosti iontů některých kovů (např. železitých). Barevné změny jsou popsány i vyfotografovány v experimentální části (viz kapitola 4.5.2.).

Obrázek 24: Vzorec pelargonidinu

28

Pyrrolová barviva jsou sloučeniny, jejichž základem jsou čtyři pyrrolová jádra spojená do cyklu. Příkladem těchto barviv je rostlinné barvivo - chlorofyl (viz obrázek 25). CH3

CH3

O CH2 N

N O

Mg II N

H2C

CH3

O

N

O CH3

H3C H3C

O

H3C H3C H3C H3C

Obrázek 25: Vzorec chlorofylu

Mezi polyenová barviva patří karotenoidy, které se řadí mezi tetraterpeny. Karotenoidy jsou obsažené např. v mrkvi, kde se vyskytuje β-karoten (viz obrázek 26), který je provitamin vitaminu A. Karoteny jsou pomocná fotosyntetická barviva. Mezi karotenoidy patří i lutein (viz obrázek 27), který se nachází ve žloutku, květech pampelišek a peří exotického ptactva.

Obrázek 26: Vzorec β-karotenu

Obrázek 27: Vzorec luteinu

29

Chinonová barviva38 jsou obsažena především v kůře a kořenech rostlin. Patří sem alizarin, barvivo užívané k barvení tkanin, juglon obsažený ve slupkách ořechů a melaniny, které způsobují zbarvení kůže. Mezi indolová barviva patří modré indigo a antický purpur. Pteriny jsou barviva odvozena od heterocyklické sloučeniny pteridinu. Mezi zástupce těchto barviv se řadí leukopterin, xanthopterin a chrysopterin, všechna se vyskytují v křídlech motýlů. Ichtyopterin se nachází v kůži ryb.

30

4. Experimentální část 4.1. Laboratorní pomůcky • TLC desky – silica gel 60 F254, MERCK • silikagel – silikagel 60 (0,063 – 0,200 mm), MERCK • chromatografická kolona – 2 x 40 cm • UV lampa (λ = 254 nm) • rotační vakuová odparka • mikroskop – BioLux Al, Bresser Použité chemikálie methanol, toluen, aceton, 25 % roztok amoniaku, pentanol, ethanol, 1,2-dichlorethan, propan-1-ol, hexan, diethylether, 10 % roztok hydroxidu sodného, 10 % roztok kyseliny sírové, 10 % roztok kyseliny chlorovodíkové, 5 % roztok červené krevní soli, chlorid antimonitý, 5 % roztok modré skalice, 1 % roztok manganistanu draselného Zkoumané vzorky Potraviny: káva (rozpustná Tchibo), bezkofeinový čaj (Pickwick), černý čaj (Lipton), ovocný čaj (Natura), čaj proti nachlazení (Pickwick), Coca Cola, kakao (holandské), vajíčko, tuk (Perla), lentilky (Orion) Vitaminy: vitamin A (Walmark), B1 (Zentiva),

B2 (Generica),

B5 (Jenapharm), B6 (Zentiva),

B9 (Gelmed), C (Walmark), E (Noventis), B komplex (Zentiva) Rostlinný materiál: Fialka, Hortenzie, Petunie, Lobelie, Pelargonie, brusinka, řepa, černý bez, grapefruit, červené zelí, borůvka, lišejník, mrkev

31

4.2. Experimenty s kofeinem 4.2.1. Tenkovrstevná chromatografie kofeinu Pro důkaz39 kofeinu jsem použila černý a zelený čaj, instantní kávu, Coca Colu a pro ověření jeho nepřítomnosti čaj bezkofeinový, proti nachlazení a ovocný. Všechny tyto materiály kromě Coca Colyy jsem zalila horkou vodou a nechala 5 minut louhovat. Poté jsem nanesla vzorky na TLC destičku a nechala vyvíjet v mobilní soustavě 1,2-dichlorethan:aceton:propan-1-ol:25 % roztok amoniaku 3:3:4:1. Po vyvinutí nebylo na TLC destičce nic vidět, pouze pod UV lampou černé skvrny. Sypané čaje obsahovaly kofein. Stejný důkaz byl prokázán u kávy a Coca Coly. U čaje bezkofeinového a proti nachlazení nebyl kofein dokázán. Ovocný čaj, který byl podle složení tvořen pouze ovocnými plody a květy rostlin, kofein také neobsahoval. Na obrázku 28 je vidět TLC destička pod UV lampou s nanesenými vzorky kávy, černého čaje a bezkofeinového čaje. Skvrny kofeinu se nacházejí poblíž čela destičky, Rf kofeinu je 0,78.

bezkofeinový čaj kofein

černý čaj káva

Obrázek 28: Důkaz kofeinu

Protože bez UV záření není vidět důkaz kofeinu, je dobré si skvrny pod UV lampou zakroužkovat. Na obrázku 29 je TLC destička se vzorky kávy, bezkofeinového čaje Pickwick a ovocného čaje ve stejné mobilní fázi jako v předchozím případě.

ovocný čaj bezkofeinový čaj

zakroužkovaný kofein

káva

Obrázek 29: Zakroužkovaný kofein

32

4.2.2. Sublimace kofeinu K získání krystalů kofeinu z čajových lístků jsem použila sublimaci. Na Petriho misku jsem položila několik lístků černého čaje a zahřívala je na elektrickém vařiči. Petriho misku jsem měla přiklopenou druhou miskou, kterou jsem chladila navlhčenou vatou (lze použít i led). Po 5 minutách jsem na horní misce pozorovala zamlžení, neustále jsem ochlazovala misku a vypnula vařič. Když se miska ochladila, přenesla jsem ji pod mikroskop a pozorovala jehlicovité bezbarvé krystaly kofeinu z čaje (viz obrázek 30), zvětšení 10 x 10. Stejný postup jsem provedla u kakaa a poté pozorovala krystaly alkaloidu z kakaa pod mikroskopem (viz obrázek 31), zvětšení 10 x 10.

Obrázek 30: Kofein z čaje

Obrázek 31: Alkaloid z kakaa

33

4.3. Experimenty s cholesterolem 4.3.1. Sloupcová chromatografie cholesterolu ze žloutku Uvařené vajíčko jsem zbavila skořápky a bílku, žloutek jsem rozetřela v třecí misce a přidala 5 ml acetonu a 5 ml 1,2-dichlorethanu. Přelila jsem směs do zkumavky, protřepala a zfiltrovala. Filtrát jsem nalila na sloupec silikagelu (20 g) do kolony (viz obrázek 32). Používala jsem mobilní fázi hexan:diethylether 3:1. Jednotlivé frakce jsem jímala do očíslovaných zkumavek. Na TLC destičce se vzorky z první frakce objevily poblíž čela destičky, pravděpodobně se jednalo o směs mastných kyselin. Od 7. frakce se na TLC destičce objevila skvrna poblíž startovní linie, stejně tak u 8. a 9. frakce. Pomocí 1

Ha

13

C NMR spekter jsem v těchto frakcích identifikovala (v porovnání s literaturou40)

cholesterol (viz příloha).

Obrázek 32: Sloupcová chromatografie cholesterolu

4.3.2. Krystalizace cholesterolu z vaječného žloutku Spojila jsem frakce 7, 8, a 9 dohromady a odpařila do půlky objemu, poté jsem nechala volně krystalizovat. Během 7 dní vznikly bezbarvé krystaly jehlicovitého tvaru (viz obrázek 33). 34

Obrázek 33: Krystaly cholesterolu

4.3.3. Důkaz cholesterolu v tuku Perla Pět lžiček tuku Perla jsem dala do odměrné nálevky (250 ml) a přilila 100 ml destilované vody a 100 ml 1,2-dichlorethanu. Vytřepávala jsem 5 minut a poté upustila organickou (spodní) fázi, kterou jsem odpařila. Odparek jsem rozpustila v 5 ml 1,2-dichlorethanu a nalila na sloupec. Mobilní fázi jsem zvolila hexan:diethylether 3:1. Jímala jsem frakce a porovnávala je se standardem, cholesterolem z vajíčka. Na TLC destičku jsem nanesla jako první standard a poté první 4 frakce, na další TLC destičku jsem nanesla zbylých 5 frakcí. Porovnáváním jsem zjistila, že od 6. frakce se shoduje Rf se standardem (viz obrázek 34). V tuku Perla se nachází cholesterol.

standard

cholesterol

Obrázek 34: TLC tuku Perla

35

4.4. Experimenty s vitaminy Před důkazem a reakcí vitaminů je vhodné odbarvit tabletu s vitaminy (např. tableta B komplexu je barvená několika barvivy, viz kapitola 3.3.3.1.) pomocí aktivního uhlí. Rozetřenou tabletu rozpustíme v malém množství vody a přidáme půl lžičky aktivního uhlí, zamícháme a přefiltrujeme. Získáme bezbarvý filtrát.

4.4.1. Fluorescence vitaminů pod UV lampou Jednotlivé vitaminy koupené v lékárně jsem vystavila UV záření41 a pozorovala, jestli fluoreskují. Tableta B komplexu po rozpuštění ve vodě fluoreskovala žlutě (viz obrázek 35), modře fluoreskoval vitamin A (viz obrázek 36), žlutozeleně vitamin E (viz obrázek 37).

Obrázek 35: B komplex

Obrázek 36: Vitamin A

Obrázek 37: Vitamin E

4.4.2. Důkaz peptidové vazby Podle chemického vzorce jednotlivých vitaminů jsem zjistila, které z nich obsahují peptidovou vazbu. Pro její důkaz mi posloužil Biuretův test. Vybraný vitamin jsem rozmělnila v třecí misce a přikápla k němu 10 kapek vody, 5 kapek 10 % roztoku 36

hydroxidu sodného a 2 kapky 5 % roztoku modré skalice. Vzniklo světle fialové zbarvení, které potvrdilo výskyt peptidové vazby u vitaminu B9 a B2. U vitaminu B5 vyšel také pozitivní výsledek, proto jsem vyzkoušela, zda lze tuto reakci provést i u spotřebního zboží s označením Panthenol (tyčinka na rty) a i zde se projevil pozitivní důkaz peptidové vazby (viz obrázek 38).

Obrázek 38: Panthenol

4.4.3. Reakce s chloridem antimonitým Chlorid antimonitý reaguje s vitaminem A za změny barvy - ze světle modré na tmavou až hnědou barvu (viz obrázek 39).

Obrázek 39: Reakce vitaminu A

4.4.4. Fluorescence vitaminů ve směsi Vitamin B1 jsem rozmělnila v třecí misce a rozpustila s 10 kapkami vody. Přidala jsem 2 kapky 10 % roztoku hydroxidu sodného a 2 kapky roztoku červené krevní soli. Tuto směs jsem přelila do dělící nálevky, přidala 5 ml pentan-1-olu (lze použít i n-butanol) 37

a protřepala jsem. Vznikl roztok, který pod UV fluoreskoval modře (viz obrázek 40). Stejného výsledku jsem dosáhla i u vitaminu B6.

Obrázek 40: Fluorescence B1 ve směsi

4.4.5. Krystalizace směsi s vitaminem B1 Směs42 z předešlé úlohy s vitaminem B1 jsem nechala volně krystalizovat a po 3 týdnech jsem získala žluté krystaly thiochromu (viz obrázek 41).

Obrázek 41: Krystaly směsi s vitaminem B1

4.4.6. Tenkovrstevná chromatografie vitaminu B1 Kapilárou jsem nanesla vzorek s vitaminem B1 z předchozí úlohy (kapitola 4.4.4.) na TLC destičku a nechala vyvíjet v komoře s mobilní fází aceton:methanol:toluen 1:4:14. Detekce byla provedena pod UV lampou. Vitamin B1 svítí poblíž startovní linie (viz obrázek 42). vitamin A vitamin B1 - důkaz vitamin B6 vitamin B9 Obrázek 42: TLC vitaminu B1

38

4.5. Experimenty s rostlinnými barvivy 4.5.1. Tenkovrstevná a sloupcová chromatografie barviv z lentilek Lentilky od společnosti Orion jsou na povrchu barvené přírodními barvivy: anthokyany, směsí karotenů, kurkuminu, β-karotenu, karmínů a měďnatých komplexů chlorofylinů. Připravila jsem si 7 zkumavek, do kterých jsem dala čtyři lentilky vždy stejné barvy. Do zkumavky jsem přilila 2 ml vody a protřepala. Během pár sekund se voda obarvila. Barevný roztok jsem přelila do jiné zkumavky, aby se nezačala rozpouštět i cukerná poleva. Vystřihla jsem si TLC destičku o rozměrech 5 x 9 cm, na ni slabě nakreslila startovní linii a kapilárou nanesla jednotlivé vzorky. Po uschnutí rozpouštědla jsem TLC destičku vložila do skleněného válce, ve kterém byla na dně mobilní fáze, ethanol:voda 1:5. Při pozorování jsem zjistila, že barvivo u červené a zelené lentilky se rozdělí na jednotlivé barevné složky. Na obrázku 43 je TLC destička s vyvíjenou chromatografií barviv z lentilek a ještě nezaschlým rozpouštědlem (po zaschnutí jsou barvy málo intenzivní).

1. žlutá lentilka 2. oranžová lentilka 3. růžová lentilka 4. červená lentilka 5. zelená lentilka 6. fialová lentilka 7. modrá lentilka 1 2

3

4

5 6 7

Obrázek 43: TLC barviv z lentilek

Nanesla jsem samotné červené barvivo na TLC destičku (1,5 x 8 cm). Po několika pokusech se zdála nejlepší volba mobilní fáze ethanol:voda 5:1. V obráceném poměru rozpouštědel (ethanol:voda 1:5) je zajímavé pozorovat změnu Rf. Červené barvivo se drží 39

na startovní linii a žluté barvivo poblíž čela při použití mobilní fáze ethanol:voda 5:1, zatímco u mobilní fáze ethanol:voda 1:5 je červené barvivo blízko u čela a žluté barvivo u startovní linie (viz obrázek 44).

mobilní fáze –

mobilní fáze –

ethanol:voda 1:5

ethanol:voda 5:1

Obrázek 44: TLC červeného barviva

Při sloupcové chromatografii jsem zvolila také barvivo z červené lentilky. Připravila jsem si kolonu se silikagelem (15 g) a nanesla barvivo na sloupec, používala jsem stejnou mobilní fázi jako u TLC, v prvním sloupci ethanol:voda 5:1 (viz obrázek 45), v druhém sloupci ethanol:voda 1:5 (viz obrázek 46).

Obrázek 45: CC barviva z červené lentilky I

Obrázek 46: CC barviva z červené lentilky II

40

Jednotlivé frakce, které vytékaly do připravených zkumavek, byly barevně zbarvené přesně jako na TLC destičce. Závěr: Dělení barviv z lentilek je velmi jednoduché a nenáročné na pomůcky, místo TLC destičky lze použít filtrační papír. Obráceným poměrem mobilní fáze lze demonstrovat změnu Rf látek v závislosti na polaritě rozpouštědel.

4.5.2. Rostlinná barviva jako acidobazický indikátor Reakce vybraných přírodních barviv s kyselinou či zásadou je doprovázeno barevnou změnou.

4.5.2.1. Barvivo z lentilek Sedm různě zbarvených lentilek jsem vložila do zkumavek, ke každé jsem přidala 3 ml vody a zkumavku protřepala. Barevné roztoky jsem přelila do jiných zkumavek. Připravila jsem si 7 zkumavek s 10 % kyselinou chlorovodíkovou a 7 zkumavek s 10 % roztokem hydroxidu sodného. Z každého barevného roztoku jsem kapátkem odebrala malé množství roztoku a vždy jsem kápla 3 kapky do kyseliny a 3 kapky do zásady. Provedla jsem tento postup u všech sedmi barevných roztoků z lentilek. Na obrázcích (viz obrázek 47 až 53) je v prostřední zkumavce roztok barviva z lentilek, v levé zkumavce reakce barviva s kyselinou a v pravé zkumavce reakce barviva s roztokem zásady. Barevné změny jsou zapsány v tabulce 3.

Obrázek 47: Žlutá lentilka

Obrázek 48: Oranžová lentilka

41

Obrázek 49: Růžová lentilka

Obrázek 50: Červená lentilka

Obrázek 51: Fialová lentilka

Obrázek 52: Modrá lentilka

Obrázek 53: Zelená lentilka

42

Tabulka 3: Barvivo z lentilek

Barva roztoku v 10 % HCl Žlutá Oranžová Světle růžová Světle červená Růžová Růžová Zelená

Barvivo z lentilek Žluté Oranžové Růžové Červené Modré Fialové Zelené

Barva roztoku v 10 % NaOH Žlutá Oranžová Fialová Tmavě červená Žlutá Červená Tmavě zelená

Závěr: Největší barevná změna nastala u barviva modré lentilky, kde v kyselém prostředí nastala barevná změna z modré na růžovou a v zásaditém prostředí z modré na žlutou. U barviva žluté, oranžové a zelené lentilky nebyla vidět výrazná barevná změna. U barviva růžové, červené a fialové lentilky byla vidět o stupeň změna barvy.

4.5.2.2. Barvivo z květů rostlin Květy rostlin obsahují různá barviva (viz kapitola 3.3.4), některá způsobují barevnou změnu na květu v kyselém a zásaditém prostředí. Vybrané květy jsem položila na Petriho misku a na každý jsem kápla 2 kapky 10 % kyseliny sírové a 2 kapky 10 % roztoku hydroxidu sodného. Po 5 minutách byly vidět barevné změny na květech (viz obrázek 54 až 59). Barevné změny jsou zapsány v tabulce 4.

Obrázek 54: Fialka

Obrázek 55: Hortenzie

43

Obrázek 56: Petunie

Obrázek 58: Pelargonie

Obrázek 57: Lobelie

Obrázek 59: Pelargonie

Tabulka 4: Barvivo z květů rostlin

Barva květu v 10 % H2SO4 Červená Růžová Červená Růžová Červená Růžová

Rostlina (barva květu) Fialka (modrofialová) Hortenzie (modrá) Petunie (červená s bílými pruhy) pruhy) (modrá) Lobelie Pelargonie (červená) Pelargonie (růžová)

Barva květu v 10 % roztoku NaOH Modrá → žlutá Žlutá Žlutá Žlutá Žlutá Žlutá

44

Závěr: Výrazné barevné změny na květech rostlin nastaly po přidání kyseliny či zásady u květů modré barvy (Lobelie, Hortenzie), ale i fialové barvy (Fialka). Některé květy nezměnily svou barvu po přidání kyseliny, ale po přidání zásady se změnily na žlutou (Petunie, Pelargonie).

4.5.2.3. Barvivo z plodů rostlin Některé plody rostlin obsahují barviva, která mohou reagovat na kyselé a zásadité prostředí barevnou změnou. Takovým příkladem jsou např. výluhy z brusinky, bezu a řepy. Na grapefruitu jsou také pozorovatelné barevné změny. Brusinky jsem rozmačkala a zalila horkou vodou, poté jsem směs přefiltrovala. Ze směsi jsem odebrala malé množství a přikápla vždy 2 kapky do 10 % kyseliny sírové a 2 kapky do 10 % roztoku hydroxidu sodného. Stejný postup jsem zvolila u výluhu z bezu, a z řepy. Grapefruit jsem rozřízla a kápla na slupku i dužinu 2 kapky 10 % kyseliny sírové a 2 kapky 10 % roztoku hydroxidu sodného. Barevné změny jsou viditelné na obrázku 60 až 63, kde uprostřed je zkumavka s rostlinným barvivem, vlevo reakce barviva s kyselinou a vpravo reakce s hydroxidem. Výsledky jsou zapsány v tabulce 5.

Obrázek 60: Výluh z brusinky

Obrázek 61: Výluh z řepy

45

Obrázek 62: Výluh z bezu

Obrázek 63: Grapefruit

Tabulka 5: Barvivo z plodů rostlin

Barvivo z plodu v 10 % H2SO4 Světle růžová Červená Růžová Oranžová

Rostlina (barva výluhu) Brusinka (růžová) Řepa (červená) Bez (červená) Grapefruit (oranžová)

Barvivo z plodu v 10 % NaOH Modrá → žlutá Žlutá Zelená Červená

Závěr: Výrazná barevná změna nastala u brusinky v zásaditém prostředí, kdy z růžového roztoku vznikl nejprve modrý, který se časem změnil na žlutý roztok. U řepy byla zřetelná barevná změna v zásaditém prostředí. Barvivo z bezu reagovalo v obou prostředích a nastala změna o jeden barevný odstín. U grapefruitu nastala barevná změna vlivem zásaditého prostředí na slupce (albedo) i dužině, došlo ke ztmavnutí.

4.5.2.4. Roztoky různého pH s rostlinnými barvivy Vyladěním správné hodnoty pH roztoků jsem získala tyto barvy u čerstvého výluhu z červeného zelí43, na obrázku 64 je v první zkumavce výluh z červeného zelí a v dalších zkumavkách různé pH s výluhem.

46

Obrázek 64: Výluh z červeného zelí

Na obrázku 65 je výluh z borůvek a roztoky s různým pH s tímto výluhem. V kyselém prostředí je barvivo růžové - 1. zkumavka, v zásaditém jsou odstíny modré, zelené, žluté, všechny tyto tři barvy přecházejí po krátkém čase (2 minuty) do žlutohnědého odstínu roztoku.

Obrázek 65: Výluh z borůvek

Závěr: Doporučila bych tento pokus pro určení kyselého a zásaditého prostředí. Přesná hodnota pH neznámého roztoku nelze však tímto způsobem určit. Pro učitele je tento pokus vhodný jako demonstrační nebo při dnech otevřených dveří jako motivační pokus. Výsledek je vidět ihned. Učitel musí věnovat čas správnému namíchání koncentrace roztoků.

47

4.5.2.5. Barevné změny u lišejníku Po kápnutí 10 % kyseliny sírové a 10 % roztoku hydroxidu sodného na lišejník nastala barevná změna (viz obrázek 66). V kyselém prostředí se lišejník začal zbarvovat do růžova, v zásaditém prostředí do žluta.

Obrázek 66: Lišejník

Závěr: Lišejník poskytuje barevnou změnu v kyselém a zásaditém pH.

4.5.3. Oxidace β–karotenu Namočila jsem žlutou lentilku do vody a obarvený roztok jsem přelila do zkumavky. K roztoku jsem přidala 2 kapky 10 % kyseliny sírové a 2 kapky roztoku manganistanu draselného, roztok ztmavnul. Po 5 minutách se roztok odbarvil. Na obrázku 67 je první zkumavka s barvivem, druhá je okyselená a s manganistanem draselným, ve třetí je po 5 minutách odbarvený roztok. Stejný postup jsem provedla u barviva z mrkve. Mrkev jsem rozmělnila v třecí misce a přidala methanol, poté jsem odbarvený roztok slila do zkumavky a použila stejné chemikálie jako v předchozím případě. Došlo také k odbarvení roztoku (viz obrázek 68).

48

Obrázek 67: Odbarvení barviva z lentilky

Obrázek 68: Odbarvení barviva z mrkve

Závěr: Tento pokus je velmi názorný a lze využít jak β–karotenu z barviva žluté lentilky tak z mrkve.

49

5. Pracovní listy V této části diplomové práce se nacházejí celkem čtyři pracovní listy, jejichž témata se shodují s tématy popisovanými v experimentální části. Každý pracovní list se skládá ze dvou stran úkolů, jako např. doplnění vynechaných slov do textu, výpočty, úlohy k zamyšlení, křížovka atd. Na každém pracovním listu je vhodný obrázek a k některým úkolům je přiřazen chemický vzorec. Poslední strana je věnována laboratornímu cvičení. Pracovní listy jsem vytvořila tak, aby se zde objevily i mezipředmětové vztahy, např. s biologií, geografií a matematikou. Kladla jsem důraz na výchovu ke zdravému životnímu stylu. Pro učitele jsou přiloženy i metodické pokyny, nápady na třídní projekty a další užitečné rady. Z přiloženého CD si lze vytisknout pracovní listy, kde jsou vynechané odkazy na literaturu a číslování tabulek i obrázků. Autorské řešení úkolů a laboratorní práce jsou uvedeny v příloze této diplomové práce.

50

Kofein Kofein je látka, která se vyskytuje v čaji, kávě, Coca Cole atd. Málokdo si dokáže představit den bez ranního čaje. Kofein je ale obsažen i v čokoládě,

Obrázek 69: Kofein v kávě

kakau, limonádách a povzbuzujících nápojích.

1. Doplňte následující text o výskytu kofeinu těmito slovy: theofylin

Coca Cola

čajové lístky

alkaloid

theobromin

rostlin

Kofein je ………, který se vyskytuje v listech, semenech a plodech alespoň 63 …………. Nejznámější jsou kávová zrna, kakové boby, cola ořechy a ……… …….. Čaj obsahuje vedle kofeinu ještě dva další alkaloidy ………..….a……………. Kofein se přidává do nealkoholických nápojů jako …………, kofola a další. 2. Napište do tabulky 6, zda má kofein pozitivní nebo negativní vliv na člověka a na které části těla kofein působí. Tabulka 6: Účinek kofeinu

Popis účinku

+/-

Část těla

Oddaluje únavu (zvláště duševní), zbystřuje myšlení, zlepšuje koncentraci, působí jistou euforii. Zrychluje tep, uvolňuje hladké svalstvo, rozšiřuje tepny a stimuluje oběhový a respirační systém. Způsobuje bolest žaludku. Zvyšuje riziko výskytu onemocnění srdce u osob, jejichž průměrná denní spotřeba přesahuje pět šálků kávy. V krajním případě může přivodit infarkt. Podílí se na zvýšení rizika vzniku osteoporózy. Zvyšuje vylučování vápníku v těle.

51

3. Vyjmenujte nápoje s kofeinem, které pijete. Jak často takové nápoje pijete?

Tabulka 7: Obsah kofeinu

4.

Zjistěte z tabulky 7 hmotnost kofeinu v čokoládě a Potravina/ nápoj vypočítejte, jaký je hmotnostní zlomek kofeinu Káva (cca 2 dcl) v mléčné a jaký v hořké čokoládě.

m (kofeinu) 120 mg

Čaj (cca 2 dcl)

50 mg

Kakao (100 g)

13 mg

Mléč. čokoláda (100 g)

3 mg

Hořká čokoláda (50 g)

5 mg

Kofola (3 dcl)

45 mg

Coca Cola (3 dcl)

46,5 mg

Pepsi cola (3 dcl)

38,4 mg

Semtex (3 dcl)

54,0 mg

RedBull (1 dcl)

32,0 mg

BigShock (1 l)

240 mg

5. Kofein lze v laboratoři získat z čajových lístků dějem, při kterém z pevné látky vznikne plynná látka. Jak se tento děj nazývá?

6. Vyznačte na mapě státy (viz obrázek 70), které jsou největším vývozcem kávy (vyznačte modře) a čaje (vyznačte červeně).

Obrázek 70: Mapa světa

52

Laboratorní práce Téma: Důkaz kofeinu v nápojích Pomůcky: čaj černý, ovocný, bez kofeinu, káva, kádinka, filtrační papír, nálevka, odměrný válec, hodinové sklíčko, TLC destička (2 x 9 cm), kapilára, pinzeta, UV lampa, rychlovarná konvice Chemikálie: mobilní fáze (1,2-dichlorethan:aceton:propan-1-ol:25 % NH4OH 3:3:4:1) Postup: Sáček černého čaje zalijeme 15 cm3 horké vody a necháme 2 minuty louhovat. Stejný postup provedeme s jednou lžičkou kávy, sáčkem ovocného a bezkofeinového čaje. Poté směsi přefiltrujeme přes filtrační papír. Připravíme si TLC destičku a nakreslíme na ni tužkou startovní linii. Do vyvíjecí komory (může být odměrný válec) nalijeme připravenou mobilní fázi tak, aby pokryla dno, a přiklopíme komoru hodinovým sklíčkem. Na startovní linii TLC destičky naneseme kapilárou vzorky filtrátů a necháme zaschnout. TLC destičku přeneseme pinzetou do komory a necháme vyvíjet. Až dosáhne čelo rozpouštědel 1 cm od horního okraje, vyjmeme destičku a necháme jí vysušit. Detekci provádíme pod UV lampou. Pozorování:

Nákres TLC destičky se vzorky:

Závěr:

53

Metodické pokyny pro vyučujícího Příprava na téma Před laboratorním cvičením je dobré žáky motivovat tématem, např. zadat referát na téma - účinky kofeinu na tělo člověka nebo ve kterých potravinách se kofein nachází. Studenti se tak blíže seznámí s tématem. Příprava před samotnou laboratorní prací Vyučující potřebuje různé materiály: čaj (černý, ovocný, zelený, bylinkový, bezkofeinový), kávu a Coca Colu. Je dobré, aby žáci byli seznámeni s metodou práce před vlastním experimentováním. Vyučující musí žáky poučit o bezpečnosti při práci s těmito chemikáliemi a použití ochranných pomůcek. Vyvíjení chromatografie musí provádět vyučující, protože chemikálie tvořící mobilní fázi nesmějí přijít do styku s žáky.

Netradiční pomůcky • TLC destičky - lze nahradit vytvořením svých destiček (viz kapitola 3.2.1.1.) • Skleněné kapiláry - lze si vyrobit (viz kapitola 3.2.1.1.) • UV lampa - zapůjčit či koupit

Doporučení Laboratorní cvičení je nenáročné na přípravu pro učitele, žáci stihnou cvičení do 40 min. V případě, že by skončili dříve, mohou doplňovat pracovní list, nebo jim ho vyučující zadá jako domácí úkol. Toto laboratorní cvičení lze uskutečnit v 1. ročníku při probírání tématu - dělení směsí, v 2. ročníku u tématu - analytické metody a ve 3. ročníku u tématu alkaloidy. Problematika kofeinu úzce souvisí s předměty výchova ke zdraví a biologie. Toto téma lze uskutečnit i jako třídní projekt k tématu čaj.

54

Cholesterol

Obrázek 71: Hamburger

Cholesterol je látka obsažená v každé naší buňce. Je pro nás nepostradatelný, ale zároveň ve větší míře dokáže být nebezpečný. Získáváme ho z části potravou. Cholesterol potřebuje organismus např. k tvorbě hormonů a vitaminu D. 1. Kde se vyskytuje cholesterol v našem těle?

2. Vyjmenuj 4 potraviny, které obsahují velké množství cholesterolu. ………………………….……

….……………………………

………..……………………...

………….……………………

3. Z nabídky potravin si sestavte jídelníček na jeden den tak, aby vyhovoval nízkocholesterolové dietě. snídaně:

celozrnný rohlík

jablko

svačina:

čokoláda

mrkvový salát

zeleninové rizoto

nízkotučný jogurt

ryba s ledovým salátem

zmrzlina

2. svačina:

vajíčková pomazánka

hamburger

večeře:

nízkotučný sýr

hranolky

oběd:

55

4. Proč je cholesterol nebezpečný? Vyberte jednu z variant: a) Způsobuje onemocnění kůže b) Způsobuje onemocnění srdce a cév c) Způsobuje onemocnění zubů 5. U dětí je hladina cholesterolu v krvi do 4,4 mmol/l považována za normální hodnotu. U člověka staršího 15 let je do 5,0 mmol/l. Kolik gramů cholesterolu má tedy dospělý člověk v krvi, když objem krve činí 5 l? Molární hmotnost cholesterolu činí 386,654 g/mol.

6. Co zahrnuje pojem - zdravý životní styl?

7. Zjisti tajenku: Jestliže si nechcete zvýšit cholesterol v krvi, zapomeňte na jídlo z ……………u.

Membrána buněk je složena z proteinů a Největší tepna v těle je Větší množství cholesterolu má negativní dopad na Máslu se také říká Příkladem margarínu s nízkým obsahem cholesterolu je Jiným slovem nadváha je Ve správném jídelníčku nechybí zelenina a Cholesterol pomáhá k tvorbě vitaminu

56

Laboratorní práce Téma: Důkaz cholesterolu Pomůcky:

uvařené vajíčko, stojan, držák, kolona na chromatografii, stojánek

se zkumavkami, kádinka, TLC destičky (3 x 9 cm), kapiláry, nálevka, pinzeta, odměrný válec (50 ml), hodinové sklíčko, Petriho miska, vata, horkovzdušná pistol, lihový fix Chemikálie: silikagel, aceton, 1,2-dichlorethan, mobilní fáze (hexan:diethylether 3:1), 10 % H2SO4 Postup: Navážíme si 20 g silikagelu, který smícháme s 50 ml mobilní fáze a poté přelijeme do kolony, odpustíme přebytek mobilní fáze. Na sloupec naneseme extrakt uvařeného žloutku v 5 ml acetonu a 5 ml 1,2-dichlorethanu. Na 15 min uzavřeme píst. Po uplynutí doby nalijeme do kolony mobilní fázi a otevřeme píst. Jímáme frakce (3/4 objemu demonstrační zkumavky) až do zkumavky č. 10. Kapilárou poté naneseme jednotlivé frakce na TLC destičku, vejdou se na ní čtyři vzorky z frakcí i se standardem cholesterolu. Do vyvíjecí komory (odměrný válec) nalijeme mobilní fázi. TLC destičku do ní přeneseme pinzetou a komoru zakryjeme hodinovým sklíčkem. Když se mobilní fáze dostane k 1 cm od horního okraje TLC destičky, vyjmeme ji. Necháme ji vyschnout (1 minutu) a provedeme detekci pomocí 10 % kyseliny sírové. TLC destičku ponoříme do kyseliny na Petriho misce a poté ji zahřejeme pomocí horkovzdušné pistole a pozorujeme vznik skvrn. Pozorování:

Závěr:

57

Metodické pokyny pro vyučujícího Příprava na téma Před laboratorním cvičením je dobré žáky motivovat tématem, např. přečíst článek o vzrůstajícím počtu obézních lidí, o zdravém životním stylu, o fastfoodech atd. Příprava před samotnou laboratorní prací Vyučující potřebuje standard cholesterolu, který lze získat např. z vaječného žloutku pomocí sloupcové chromatografie (viz kapitola 4.3.1, 4.3.2). Žáky by měl seznámit s metodou chromatografie před tím, než začnou pracovat. Vyučující musí mít na zřeteli, že bude věnovat této práci 2 vyučovací hodiny. Netradiční pomůcky • Silikagel • TLC destičky - lze nahradit vytvořením svých destiček (viz kapitola 3.2.1.1.) • Skleněné kapiláry - lze si vyrobit (viz kapitola 3.2.1.1.) • Chromatografické kolony

Doporučení Laboratorní cvičení je vhodné zařadit do semináře nebo spojit 2 hodiny, protože je časově náročnější (80 minut). Lze ho uskutečnit v 1. ročníku při probírání tématu - dělení směsí, v 2. ročníku u tématu - analytické metody a ve 3. ročníku u tématu - izoprenoidy. Toto téma je spojeno s předměty výchova ke zdraví a biologie. Žáci mohou téma cholesterol zařadit do třídního projektu na téma vajíčko, např. v období Velikonoc.

58

Vitaminy Vitaminy jsou látky, které tvoří s bílkovinami, sacharidy a tuky důležitou část lidské potravy. Při nedostatku vitaminů dochází u člověka k hypovitaminóze, což může mít za následek poruchu organismu, proto je nutné v takovém případě doplnit jejich koncentraci v těle.

1. Přiřaď vitamin k obrázkům (viz obrázek 72 – 75), kde je obsažen nejvíce:

Obrázek 72: Droždí

Vitamin A

Obrázek 73: Ovoce

Obrázek 74: Mléko

Obrázek 75: Pivo

Vitamin B

Vitamin C

2. Vyhledej správnou funkci každého vitaminu: Vitamin A

Přispívá k odolnosti červených krvinek.

Vitamin B

Zvyšuje odolnost proti infekcím, zabraňuje krvácení dásní.

Vitamin C

Pomáhá proti únavě, bolavým ústním koutkům, křečím.

Vitamin D

Přispívá k dostatku vápníku v kostech, v dětství zabraňuje křivici.

Vitamin E

Zabraňuje šerosleposti, tvoří barviva v sítnici oka.

Vitamin K

Zajišťuje výrobu látek proti srážení krve.

59

3. V kterém z těchto plodů je nejvíce vitaminu C? a) Pomeranč b) Kiwi c) Šípek 4. Hmotnost vitaminu C v citronu je 40 mg/100 g. Vypočítej, kolik mg vitaminu C obsahuje citron o hmotnosti 150 g? Když doporučená denní dávka vitaminu C je 75 mg, kolik citronů bychom měli vymačkat do citronády, abychom tento limit splnili?

5. Jaké charakteristické skupiny lze vyčíst ze vzorce vitaminu B2 (viz obrázek 11)? OH HO

OH OH

O

N HN

N

CH3

N

CH3

O


………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………….

60

Laboratorní práce Téma: Důkaz vitaminů Pomůcky: třecí miska s tloučkem, zkumavky, TLC destička (2 x 9 cm), kapilára, pinzeta, dělící nálevka, komora (odměrný válec), hodinové sklíčko, UV lampa Chemikálie: 10 % NaOH, K3[Fe(CN)6], pentanol, 1,2-dichlorethan, mobilní fáze (aceton:methanol:toluen 1:4:14) Postup: 1. Jednotlivé vzorky si prohlédneme a zaznamenáme do tabulky 8 jejich vzhled. Poté je v třecí misce rozmělníme a použijeme vždy část ze vzorku na pokus. 2. Vyzkoušíme, zda fluoreskují pod UV lampou. 3. Zjistíme rozpustnost ve vodě a v 1,2–dichlorethanu. 4. Část vzorku smícháme s 5 ml vody, přidáme 2 kapky hydroxidu sodného a 2 kapky červené krevní soli. Přelijeme roztok do dělící nálevky a přidáme 5 ml pentanolu. Protřepeme a zjistíme, zda horní vrstva fluoreskuje pod UV lampou. 5. Chromatografický důkaz: kapilárou si odebereme část vzorku z předchozí úlohy a kápneme na TLC destičku. Tu přeneseme do vyvíjecí komory s mobilní fází. Po vyvinutí chromatografie vyndáme destičku a zjistíme, zda pod UV zářením se objeví skvrna. Pozorování: Tabulka 8: Charakteristika vitaminů VZHLED

UV

ROZPUSTNOST V H2O / C2H4Cl2

SE SMĚSÍ POD UV

CHROMATOGRAFIE

1.vzorek 2.vzorek 3.vzorek 4.vzorek

Závěr: 61

Metodické pokyny pro vyučujícího Příprava na téma Před laboratorním cvičením je dobré žáky motivovat tématem, např. zadat referát na téma - význam vitaminů pro naše zdraví, výskyt vitaminů v potravinách atd. Studenti se tak blíže seznámí s tématem. Příprava před samotnou laboratorní prací Vyučující potřebuje vzorky jednotlivých vitaminů, dají se volně koupit v lékárně. Vhodné jsou vzorky vitaminů C (celaskon), A, B1 a B6 - podle laboratorního cvičení. Před hodinou by vyučující připravil do každé skupiny tyto vzorky a očísloval jejich umístění, aby si na konci mohli žáci ověřit správnost jejich výsledků. Vyvinutí chromatografie musí provádět učitel, protože jsou v mobilní fázi přítomny chemikálie, se kterými žáci nesmí pracovat. Závěr laboratorní práce Po dokončení laboratorní práce by učitel měl shrnout výsledky z tabulky a sdělit žákům, který vitamin byl č. 1 – 4. Vitamin A - zeleně fluoreskuje pod UV. Vitamin B1 chromatografický důkaz - drží se u startovní linie. Vitamin B6 - s NaOH, K3[Fe(CN)6] a pentanolem fluoreskuje modře pod UV. Vitamin C- nefluoreskuje a je rozpustný ve vodě.

Netradiční pomůcky •

TLC destičky - lze nahradit vytvořením svých destiček (viz kapitola 3.2.1.1.)

•

Skleněné kapiláry - lze si vyrobit (viz kapitola 3.2.1.1.)

•

UV lampa – zapůjčit či koupit

Doporučení Laboratorní cvičení je nenáročné na přípravu pro učitele, žáci stihnou pokusy do 40 min. V případě, že by skončili dříve, mohou doplňovat pracovní list, nebo jim ho vyučující zadá jako domácí úkol. Toto laboratorní cvičení lze uskutečnit v 1. ročníku při probírání tématu - dělení směsí, v 2. ročníku u tématu - analytické metody a ve 3. ročníku u tématu vitaminy. Problematika vitaminů úzce souvisí s předměty výchova ke zdraví a biologie. 62

Rostlinná barviva Rostlinná barviva jsou organické látky, které jsou pro rostlinu nepostradatelné. Mezi nejdůležitější barviva patří chlorofyl, bez kterého by nebyla možná fotosyntéza. Vzpomeňte si na barvy květů rostlin, na barvu jejich plodů a listů, to vše způsobují barviva. 1.

Doplň slova do textu:

vidění

barviva

tma

plody

β-karoten

V průběhu druhé světové války pojídali

44

marmeláda

světlo

piloti britského královského letectva

borůvkovou …………… Po její konzumaci se u nich totiž nápadně zlepšilo ………… v noci. Docházelo též k rychlejšímu přizpůsobení oka na ……….. a …………… Skutečně se prokázalo, že borůvkové ……….. příznivě ovlivňují biochemické procesy probíhající v oku. Za tyto účinky odpovídají anthokyanová ………….. a ………………. 2.

3.

Přiřaď k sobě barvivo a příslušnou část rostliny, kde se barvivo nachází nejvíce:

β-karoten

Plod borůvky

Chlorofyl

List špenátu

Anthokyany

Kořen mrkve

Na obrázku vidíte vzorec β–karotenu (viz obrázek 26). Napište, kterého vitaminu je to prekurzor.

Obrázek 26: Vzorec β–karotenu

Výzkumy dokazují, že β-karoten přispívá k ochraně proti vzniku rakoviny. Které potraviny45 bychom tedy měli často jíst, abychom předešli této nemoci?

63

4.

Kdo dodržuje tradici barvení vajíček o Velikonocích, určitě zná příklady barvení pomocí různých listů, plodů a květů. Přiřaďte barvy k jednotlivým částem rostlin: Slupky cibule Kořen řepy Plod brusinky Plod kávovníku

Růžová Tmavě hnědá Sytě zelená Světle hnědá Červená

Listy špenátu

Žlutá

Petrželová nať

5. Jaký je hmotnostní zlomek β-karotenu v jedné mrkvi, když podle výzkumů byla zjištěna hodnota 7,9 mg/100 g ? (1 mrkev váží cca 150 g).

Obrázek 76: Mrkev

64

Laboratorní práce Téma: Rostlinná barviva - dělení a reakce Pomůcky: zkumavky, TLC destička (5 x 10 cm), vyvíjecí komora (kádinka), kapátko, květy rostlin (např. fialka), lentilky (červené, žluté, modré, zelené), Petriho miska Chemikálie: 10 % H2SO4, 10 % roztok NaOH, mobilní fáze (ethanol:voda 1:5) Postup: Namočíme lentilku ve vodě, a jakmile se voda obarví, slijeme ji do zkumavky. Kapilárou naneseme vzorek barviva na startovní linii TLC destičky, stejný způsob provedeme u ostatních lentilek. Destičku přeneseme do vyvíjecí komory s mobilní fází. Pozorujeme rozdělení barev. Z barevného roztoku lentilek nakapeme 3 kapky do kyseliny a 3 kapky do zásady. Barevné změny zaznamenáme do tabulky. Květy rostlin položíme na Petriho misky a na každý kápneme 2 kapky kyseliny a 2 kapky zásady. Po 2 minutách porovnáme s původní barvou květu. Pozorování:

Barva lentilky

V 10 % H2SO4 V 10 % roztoku NaOH

Barva květu V 10 % H2SO4 V 10 % roztoku NaOH

Závěr:

65

Metodické pokyny pro vyučujícího Příprava na téma Před laboratorním cvičením je dobré žáky motivovat tématem, např. barviva používaná v potravinářském průmyslu či co znamenají „éčka“. Žáci by mohli samostatně vyhledat na obalech od potravin, jaká barviva jsou zde přítomna. Příprava před samotnou laboratorní prací Vyučující potřebuje lentilky a květy fialky. Musí žáky upozornit na práci s kyselinou a zásadou. Žáci by měli být seznámení s metodou chromatografie před tím, než ji začnou provádět.

Netradiční pomůcky •

TLC destičky - lze nahradit vytvořením svých destiček (viz kapitola 3.2.1.1.)

•

Skleněné kapiláry - lze si vyrobit (viz kapitola 3.2.1.1.)

Doporučení Laboratorní cvičení je nenáročné na přípravu pro učitele, žáci stihnou pokusy do 40 min. V případě, že by skončili dříve, mohou doplňovat pracovní list, nebo jim ho vyučující zadá jako domácí úkol. Toto laboratorní cvičení lze uskutečnit v 1. ročníku při probírání témat - dělení směsí a acidobazické reakce a ve 3. ročníku u tématu - barviva. Problematika rostlinných barviv úzce souvisí s biologií.

66

6. Ověření na školách Během studia v posledních dvou ročnících navazujícího magisterského studia jsem měla možnost ověřit experimenty k této diplomové práci na několika školách. Nejprve na gymnáziu Na Zatlance v Praze, kde jsem s žáky prováděla TLC s barvivy z lentilek při probírání tématu dělící metody. Poté na ZŠ Ruzyňská v Praze, kde jsem zařadila acidobazické reakce s barvivy z lentilek do 9. třídy při probírání tématu kyseliny a zásady. Ve školním roce 2009/2010 jsem vyučovala na Gymnáziu Vybíralova v Praze 9 a během této doby jsem mohla s žáky vyzkoušet všechny čtyři experimenty a navíc žákům rozdat pracovní listy. Osvědčilo se mi nejprve zadat referát na téma, kterým se budeme zabývat při laboratorním cvičení. Žáci tímto postupem byli motivovaní a ten, kdo si připravil referát, mohl ostatním předat informace k tématu takové, které se mu zdály zajímavé a užitečné. Při laboratorním cvičení jsem žákům nejprve vysvětlila, jak mají provést zadaný úkol a vysvětlila metodu chromatografie, upozornila jsem je na bezpečnost práce a užití ochranných pomůcek. Poté žáci samostatně pracovali na laboratorním úkolu a pracovní list dostali na vyplnění domů a mohli si tak dohledat potřebné informace. Další hodinu jsem s žáky pracovní list zkontrolovala a odpověděla na případné dotazy. Musela jsem si zapůjčit UV lampu z katedry učitelství a didaktiky chemie na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy v Praze, protože na gymnáziu nebyla dostupná. Při hledání ceny takovéto pomůcky jsem zjistila, že by pro gymnázium nemusela být nedostupná a naopak využitelná i v jiných předmětech, např. v biologii a fyzice. Ostatní pomůcky podle mých zkušeností jsou většinou na školách dostupné, např. TLC destičky. Skleněné kapiláry by si žáci mohli vyrobit sami v rámci tématu - práce s kahanem. Chemikálie většinou na školách nechyběly, jsou snadno získatelné. Podle informací od žáků se jim zdála nejvíce zajímavá laboratorní práce s vitaminy, kde si měli možnost vyzkoušet práci s UV lampou. Některá témata vybízela poté k diskuzi, např. téma cholesterol propukl v diskuzi o zdravé výživě a zdravém životním stylu.

67

7. Závěr a diskuse Na diplomové práci „Chemické experimenty pro SŠ - chromatografie s přírodními látkami“ jsem pracovala dva roky v navazujícím magisterském studiu, kdy značnou část práce tvořila příprava experimentů v laboratoři a jejich vyladění do školní praxe. Během působení v laboratoři jsem měla možnost vyzkoušet si experimenty s přírodními látkami, jako jsou rostlinná barviva, kofein, cholesterol a při tom jsem objevila i zajímavé experimenty s vitaminy, které jsem zařadila také do této práce. Popsala jsem tyto experimenty: TLC kofeinu, CC cholesterolu, TLC vitaminu B1 a TLC barviv z lentilek. Témata jsem doplnila o experimenty jako je např. krystalizace kofeinu a cholesterolu, fluorescence vybraných vitaminů, Biuretův test vybraných vitaminů, acidobazické reakce s přírodními barvivy, barevná škála pH roztoků s přírodními barvivy a další. Působením na základních a středních školách během navazujícího magisterského studia jsem zjistila, že téma chromatografie je probíráno velmi okrajově a v laboratorních cvičeních se s ním žáci setkají pouze u velmi jednoduchých pokusů. Na gymnáziu v Praze 9 jsem měla možnost ověřit všechny čtyři pracovní listy i s experimenty. Po přečtení této diplomové práce by měl mít učitel teoretický přehled o vybraných látkách a možnost zařadit experimenty s těmito látkami do své výuky. K dispozici jsou mu zde pracovní listy, které jsem vytvořila k jednotlivým tématům tak, aby byly motivující pro žáky a aby souvisely s jinými předměty. Pro kontrolu může učitel využít řešení pracovních listů a laboratorního cvičení. V experimentální části nalezne i doprovodné fotografie, které jsem pořídila během práce v laboratoři, na nich si zkontroluje správnost svých či žákových výsledků. Věřím,

že

tato

práce

napomůže

k využití

experimentů

zaměřených

na chromatografii a že bude vyučující inspirovat v jejich výuce na školách.

68

8. Abstrakt Tato práce je zaměřena na experimenty s přírodními látkami a vitaminy. V první části práce jsem popsala vybrané látky, které jsem v druhé části dokazovala pomocí chromatografie nebo s nimi prováděla jiné experimenty. Vytvořila jsem čtyři pracovní listy s návody na laboratorní cvičení, v příloze uvádím jejich autorská řešení. Tyto čtyři experimenty jsem ověřila na gymnáziu v Praze 9.

Abstract This thesis concerns experiments with natural compounds and vitamins. In the first part I described these substances, which I proved by chromatography or I made other experiments with them in the second part. I created four worksheets with instruction for laboratory practise. There are thein solutions in the supplement. I verified these four experiments at Grammar School in Prague 9.

69

9. Seznam použité literatury 1. Škouda J., Doulík P.: Chemie 9 - učebnice. Plzeň: Fraus, 2007 2. Škouda J., Doulík P.: Chemie 8 - učebnice. Plzeň: Fraus, 2006 3. Klečková M., Los P.: Seminář a praktikum z chemie. Praha: SPN, 2003 4. Beneš P., Pupr V.: Základy praktické chemie I. Praha: Fortuna, 2003 5. Flemr V., Dušek B.: Chemie I pro gymnázia. Praha: SPN, 2001 6. Klečková M., Ševčík J.: Chemíčkova dobrodružství. Olomouc: SPRINT, 2001 7. Amann W., Eisner W.: Chemie pro SŠ 2b. Praha: VŠCHT, 2000 8. Bílek M., Richtera J.: Chemie na každém kroku. Praha: Moby dick, 2000 9. Kolář K., Kubica J.: Laboratorní cvičení z organické chemie I. Hradec Králové: Gaudeamus, 2000 10. Čtrnáctová H.: Chemické pokusy pro školu a zájmovou činnost. Praha: Prospektrum, 2000 11. Šilhánková A a kol.: Laboratoř organické chemie. Praha: VŠCHT, 2000 12. Bílek M., Richtera J.: Chemie krok za krokem. Praha: Moby dick, 1999 13. Koloros P.: Technika a didaktika školních pokusů I. České Budějovice: JU, 1999 14. Hrstka M.: Laboratorní cvičení z chemie (3. ročník gymnázia). Brno: MC nakladatelství, 1998 15. Eisner W., Fladt R.: Chemie pro SŠ 1b. Praha: VŠCHT, 1997 16. Eisner W., Fladt R.: Chemie pro SŠ 1a. Praha: VŠCHT, 1996 17. Musilová E., Soldán M.: Návody pro cvičení z anorganické a organické chemie. Brno: PedF MU, 1996 18. Klouda P.: Moderní analytické metody. Ostrava: P.Klouda, 1996 19. Fukal L. a kol.: Laboratorní cvičení z biochemie. Praha: VŠCHT, 1996 20. Banýr J., Beneš P.: Chemie pro SŠ. Praha: SPN, 1995 21. Vacík J.: Přehled středoškolské chemie. Praha: SPN, 1990 22. Barek J., Zuma J.: Návody ke cvičení z analýzy organických sloučenin. Praha: SPN, 1990 23. Šulpin G.B.: Okouzlující chemie. Praha: SNTL, 1989 24. Beneš P. a kol: Cvičení z chemie II (pro 2. ročník gymnázia). Praha: SPN, 1986 25. Dvořák P.: Praktikum z fyziologie rostlin. Praha: SPN, 1985 70

26. Beneš P. a kol: Cvičení z chemie (pro 3. ročník gymnázia). Praha: SPN, 1980 27. Trnka, T. a kol.: Praktikum z organické chemie. Praha: UK, 1986 28. Nomenclature for chromatography [online]. [cit. 5. 4. 2010]. Dostupné z: 29. Richtr V., Kraitr M.: Chemie XX, sborník PF ZČU v Plzni. Plzeň: PF ZČU, 2004 30. Kvíčala J.: Laboratorní technika organické chemie. Praha: VŠCHT, 1998 31. McMurry J.: Organická chemie. Praha: VŠCHT, 2004 32. About. com. Chemistry [online]. [cit. 30. 3. 2010]. Dostupné z: 33. Kava. cz [online]. [cit. 30. 3. 2010]. Dostupné z: 34. Voet D., Voetová J.G.: Biochemie. Praha: Victorie publishing, 1990 35. Celostní medicina.cz [online]. [cit. 30. 3. 2010]. Dostupné z: < http://www.celostnimedicina.cz/cholesterol-a-vyzivova-doporuceni.htm> 36. Vitaminy [online]. [cit. 30. 3. 2010]. Dostupné z: < http://www.mojevitaminy.cz/> 37. Syntetická barviva v potravinách [online]. [cit. 5. 4. 2010]. Dostupné z: 38. Kotlík B., Růžičková K.: Chemie II v kostce pro SŠ. Havlíčkův Brod: Fragment, 1997 39. Kolář K., Myčka K., Nádvorníková I.: Kolem kávy - z botaniky, chemie i zeměpisu. In: Biologie, chemie, zeměpis. 4/ 2007, ročník 16, 182-185 40. Popják G., Edmond E., Anet F., Easton N.: Carbon – 13 NMR Studies on Cholesterol Biosyntesized from [13C] Mevalonates. In: Journal of the American Chemical Society. /99:3/, February 2, 1977 41. Hrobařová E.: Vitaminy v učivu chemie na ZŠ a SŠ. Bakalářská práce PřF UK v Praze, katedra učitelství a didaktiky chemie, 2008 42. Metody stanovení ve vodě rozpustných vitaminů [online]. [cit. 30. 3. 2010]. Dostupné z: 43. Bıhmová H.: Jednoduché experimenty s přírodními látkami. Praha: PřF UK, 2009 44. Léčivé účinky rostlinných barviv [online]. [cit. 31. 3. 2010]. Dostupné z: < http://firesnake.pise.cz/113393-lecive-ucinky-rostlinnych-barviv.html> 45. Vitamin A [online]. [cit. 31. 3. 2010]. Dostupné z:

71

Obrázky v pracovních listech •

Obrázek 69: Kofein v kávě [online]. [cit. 9. 12. 2009]. Dostupné z: < http://www.myshaweb.cz/wp-content/uploads/clanky/kava/kava.jpg>

•

Obrázek 70: Mapa světa [online]. [cit. 30. 3. 2010]. Dostupné z:

•

Obrázek 71: Hamburger [online]. [cit. 6. 4. 2010]. Dostupné z:

•

Obrázek 72: Droždí [online]. [cit. 31. 3. 2010]. Dostupné z: < http://www.klimabros.cz/koreni/drozdi.htm>

•

Obrázek 73: Ovoce [online]. [cit. 31. 3. 2010]. Dostupné z:

•

Obrázek 74: Mléko [online]. [cit. 3!. 3. 2010]. Dostupné z: < http://www.brzobohaty.cz/photo.big/obcerstveni/110-31105.jpg>

•

Obrázek 75: Pivo [online]. [cit. 31. 3. 2010]. Dostupné z:

•

Obrázek 76: Mrkev [online]. [cit. 31. 3. 2010]. Dostupné z:

72

10.Přílohy Seznam příloh: • Kofein - ŘEŠENÍ • Cholesterol - ŘEŠENÍ • Vitaminy - ŘEŠENÍ • Rostlinná barviva - ŘEŠENÍ • NMR - cholesterol z vajíčka

73

Kofein - ŘEŠENÍ Kofein je látka, která se vyskytuje v čaji, kávě, coca cole atd. Málokdo si dokáže představit den bez ranního čaje. Kofein je ale obsažen i v čokoládě,

Obrázek 69: Kofein v kávě

kakau, limonádách a povzbuzujících nápojích.

1. Doplňte následující text o výskytu kofeinu těmito slovy: theofylin

Coca Cola

čajové lístky

alkaloid

theobromin

rostlin

Kofein je alkaloid, který se vyskytuje v listech, semenech a plodech alespoň 63 rostlin Nejznámější jsou kávová zrna, kakové boby, cola ořechy a čajové lístky. Čaj obsahuje vedle kofeinu ještě dva další alkaloidy theobromin a theofylin. Kofein se přidává do nealkoholických nápojů jako Coca Cola, kofola a další. 2. Napište do tabulky 6, zda má kofein pozitivní nebo negativní vliv na člověka a na které části těla kofein působí. Tabulka 6: Účinek kofeinu

Popis účinku Oddaluje únavu (zvláště duševní), zbystřuje myšlení, zlepšuje koncentraci, působí jistou euforii. Zrychluje tep, uvolňuje hladké svalstvo, rozšiřuje tepny a stimuluje oběhový a respirační systém.

+/-

Část těla

+

Nervová soustava

+

Svalstvo Cévní soustava

Způsobuje bolest žaludku.

-

Trávicí soustava

Zvyšuje riziko výskytu onemocnění srdce u osob, jejichž průměrná denní spotřeba přesahuje pět šálků kávy. V krajním případě může přivodit infarkt.

-

Cévní soustava

Podílí se na zvýšení rizika vzniku osteoporózy. Zvyšuje vylučování vápníku v těle.

-

Opěrná soustava

74

3. Vyjmenujte nápoje s kofeinem, které pijete. Jak často takové nápoje pijete? čaj 2x denně, Coca Cola 1x týdně, kakao 1x týdně, horká čokoláda 1x týdně

Tabulka 7: Obsah kofeinu

4.

Zjistěte z tabulky 7 hmotnost kofeinu v čokoládě a Potravina/ nápoj vypočítejte, jaký je hmotnostní zlomek kofeinu Káva (cca 2 dcl) v mléčné a jaký v hořké čokoládě. w (mléčná čok.) = 3/100 000 = 0,00003

120 mg

Čaj (cca 2 dcl)

50 mg

Kakao (100 g)

13 mg

Mléč. čokoláda (100 g)

3 mg

Hořká čokoláda (50 g)

5 mg

Kofola (3 dcl)

w (hořká čok.) = 5/50 000 = 0,0001

m (kofeinu)

45 mg

Coca Cola (3 dcl)

46,5 mg

Pepsi cola (3 dcl)

38,4 mg

Semtex (3 dcl)

54,0 mg

V hořké čokoládě je kofeinu 0,01 %, což je více než RedBull (1 dcl) BigShock (1 l) v mléčné čokoládě, tam je 0,003 % kofeinu.

32,0 mg 240 mg

5. Kofein lze v laboratoři získat z čajových lístků dějem, při kterém z pevné látky vznikne plynná látka. Jak se tento děj nazývá? sublimace 6. Vyznačte na mapě státy (viz obrázek 70), které jsou největším vývozcem kávy (vyznačte modře) a čaje (vyznačte červeně).

Obrázek 70: Mapa světa

75

Laboratorní práce Téma: Důkaz kofeinu v nápojích Pomůcky: čaj černý, ovocný, bez kofeinu, káva, kádinka, filtrační papír, nálevka, odměrný válec, hodinové sklíčko, TLC destička (2 x 9 cm), kapilára, pinzeta, UV lampa, rychlovarná konvice Chemikálie: mobilní fáze (1,2-dichlorethan:aceton:propan-1-ol:25 % NH4OH 3:3:4:1) Postup: Sáček černého čaje zalijeme 15 cm3 horké vody a necháme 2 minuty louhovat. Stejný postup provedeme s jednou lžičkou kávy, sáčkem ovocného a bezkofeinového čaje. Poté směsi přefiltrujeme přes filtrační papír. Připravíme si TLC destičku a nakreslíme na ni tužkou startovní linii. Do vyvíjecí komory (může být odměrný válec) nalijeme připravenou mobilní fázi tak, aby pokryla dno, a přiklopíme komoru hodinovým sklíčkem. Na startovní linii TLC destičky naneseme kapilárou vzorky filtrátů a necháme zaschnout. TLC destičku přeneseme pinzetou do komory a necháme vyvíjet. Až dosáhne čelo rozpouštědel 1 cm od horního okraje, vyjmeme destičku a necháme jí vysušit. Detekci provádíme pod UV lampou. Pozorování: Po nanesení vzorku kávy, bezkofeinového a ovocného čaje jsem pozorovala pod UV zářením skvrnu od kávy poblíž čela destičky (zakroužkovala jsem ji). Bezkofeinový a ovocný čaj se pod UV zářením nijak neprojevily. Nákres TLC destičky se vzorky:

Obrázek 77: Zakroužkovaný kofein

Závěr: Dokázala jsem kofein v kávě. Kofein neobsahoval bezkofeinový a ovocný čaj.

76

Cholesterol ŘEŠENÍ

Obrázek 71: Hamburger

Cholesterol je látka obsažená v každé naší buňce. Je pro nás nepostradatelný, ale zároveň ve větší míře dokáže být nebezpečný. Získáváme ho z části potravou. Cholesterol potřebuje organismus např. k tvorbě hormonů a vitaminu D. 1. Kde se vyskytuje cholesterol v našem těle? v každé buňce v její membráně, tvoří nervové buňky, žlučové kameny, v nadbytku se ukládá v tepnách 2. Vyjmenuj 4 potraviny, které obsahují velké množství cholesterolu. vajíčko

majonéza

máslo

vnitřnosti

3. Z nabídky potravin si sestavte jídelníček na jeden den tak, aby vyhovoval nízkocholesterolové dietě. snídaně: celozrnný rohlík, nízkotučný sýr svačina: jablko oběd: zeleninové rizoto, mrkvový salát 2. svačina: nízkotučný jogurt

celozrnný rohlík čokoláda zeleninové rizoto ryba s ledovým salátem vajíčková pomazánka nízkotučný sýr

jablko mrkvový salát nízkotučný jogurt zmrzlina hamburger hranolky

večeře: ryba s ledovým salátem

77

4. Proč je cholesterol nebezpečný? Vyberte jednu z variant: a) Způsobuje onemocnění kůže b) Způsobuje onemocnění srdce a cév c) Způsobuje onemocnění zubů 5. U dětí je hladina cholesterolu v krvi do 4,4 mmol/l považována za normální hodnotu. U člověka staršího 15 let je do 5,0 mmol/l. Kolik gramů cholesterolu má tedy dospělý člověk v krvi, když objem krve činí 5 l? Molární hmotnost cholesterolu činí 386,654 g/mol. m=?g

n (5 l) = 5. 5 = 25 mmol ~ 0,025 mol

V=5l M = 386,654 g/mol

m = n. M = 0,025. 386,654 = 9,666 g

n (1 l) = 5 mmol

Dospělý zdravý člověk má 9,6 g cholesterolu v krvi. 6. Co zahrnuje pojem - zdravý životní styl? Zdravě se stravovat, často se pohybovat (sport), odpočívat, relaxovat Nekouřit, nestresovat se 7. Zjisti tajenku: Jestliže si nechcete zvýšit cholesterol v krvi, zapomeňte na jídlo z FAST FOODu.

Membrána buněk je složena z proteinů a

F

O S

F

O L I

Největší tepna v těle je

A

O R

T

A

Větší množství cholesterolu má negativní dopad na

S

R

Máslu se také říká

T

U K

Příkladem margarínu s nízkým obsahem cholesterolu F

L

P I D Ů

D C E

O R

A I

Jiným slovem nadváha je

O B

E

Ve správném jídelníčku nechybí zelenina a

O V

O C E

Cholesterol pomáhá k tvorbě vitaminu

D

Z

T A

78

Laboratorní práce Téma: Důkaz cholesterolu Pomůcky:

uvařené vajíčko, stojan, držák, kolona na chromatografii, stojánek

se zkumavkami, kádinka, TLC destičky (3 x 9 cm), kapiláry, nálevka, pinzeta, odměrný válec (50 ml), hodinové sklíčko, Petriho miska, vata, horkovzdušná pistol, lihový fix Chemikálie: silikagel, aceton, 1,2-dichlorethan, mobilní fáze (hexan:diethylether 3:1), 10 % H2SO4 Postup: Navážíme si 20 g silikagelu, který smícháme s 50 ml mobilní fáze a poté přelijeme do kolony, odpustíme přebytek mobilní fáze. Na sloupec naneseme extrakt uvařeného žloutku v 5 ml acetonu a 5 ml 1,2-dichlorethanu. Na 15 min uzavřeme píst. Po uplynutí doby nalijeme do kolony mobilní fázi a otevřeme píst. Jímáme frakce (3/4 objemu demonstrační zkumavky) až do zkumavky č. 10. Kapilárou poté naneseme jednotlivé frakce na TLC destičku, vejdou se na ní čtyři vzorky z frakcí i se standardem cholesterolu. Do vyvíjecí komory (odměrný válec) nalijeme mobilní fázi. TLC destičku do ní přeneseme pinzetou a komoru zakryjeme hodinovým sklíčkem. Když se mobilní fáze dostane k 1 cm od horního okraje TLC destičky, vyjmeme ji. Necháme ji vyschnout (1 minutu) a provedeme detekci pomocí 10 % kyseliny sírové. TLC destičku ponoříme do kyseliny na Petriho misce a poté ji zahřejeme pomocí horkovzdušné pistole a pozorujeme vznik skvrn. Pozorování: Při sloupcové chromatografii jsem pozorovala jímání bezbarvého roztoku do zkumavek. Na TLC destičkách se vzorky z prvních 2 frakcí objevily poblíž čela destičky. Vzorek z první frakce se jevil jako směs látek. Od 7. frakce jsem získala látku, která měla shodné Rf se standardem. Stejně tak 8. a 9. frakce. Slila jsem tyto frakce dohromady.

Závěr: Dokázala jsem cholesterol ve vaječném žloutku pomocí chromatografie, izolovala jsem ho díky sloupcové chromatografii.

79

Vitaminy - ŘEŠENÍ Vitaminy jsou látky, které tvoří s bílkovinami, sacharidy a tuky důležitou část lidské potravy. Při nedostatku vitaminů dochází u člověka k hypovitaminóze, což může mít za následek poruchu organismu, proto je nutné v takovém případě doplnit jejich koncentraci v těle.

1. Přiřaď vitamin k obrázkům (viz obrázek 72 – 75), kde je obsažen nejvíce:

Obrázek 72: Droždí

Vitamin A

Obrázek 73: Ovoce

Obrázek 74: Mléko

Obrázek 75: Pivo

Vitamin B

Vitamin C

2. Vyhledej správnou funkci každého vitaminu:: Vitamin A

Přispívá k odolnosti červených krvinek.

Vitamin B

Zvyšuje odolnost proti infekcím, zabraňuje krvácení dásní.

Vitamin C

Pomáhá proti únavě, bolavým ústním koutkům, křečím.

Vitamin D

Přispívá k dostatku vápníku v kostech, v dětství zabraňuje křivici.

Vitamin E

Zabraňuje šerosleposti, tvoří barviva v sítnici oka.

80

3. V kterém z těchto plodů je nejvíce vitaminu C? d) Pomeranč e) Kiwi f) Šípek 4. Hmotnost vitaminu C v citronu je 40 mg/100 g. Vypočítej, kolik mg vitaminu C obsahuje citron o hmotnosti 150 g? Když doporučená denní dávka vitaminu C je 75 mg, kolik citronů bychom měli vymačkat do citronády, abychom tento limit splnili? m (vit.C) = 40 mg/100 g

40 mg………..100 g

m (citron)= 150 g

x mg…………150 g

m (vit.C v citronu) = ? mg x / 40 = 150 / 100 x = 40. 150 / 100 x = 60 mg V 1 citronu je 60 mg vitaminu C, na citronádu bychom potřebovali 2 citrony, abychom splnili denní dávku vitaminu C. 5.

Jaké charakteristické skupiny lze vyčíst ze vzorce vitaminu B2 (viz obrázek 11)? OH HO

OH OH

N

O HN

N

CH3

N

CH3

O


Ve vzorci se nachází peptidová vazba CO – NH, hydroxylové skupiny –OH, methylové skupiny –CH3, benzenové jádro, heterocyklus a karbonylová skupina =O.

81

Laboratorní práce Téma: Důkaz vitaminů Pomůcky: třecí miska s tloučkem, zkumavky, TLC destičky, kapilára, pinzeta, dělící nálevka, komora (odměrný válec), UV lampa Chemikálie: 10 % NaOH, K3[Fe(CN)6], pentanol, 1,2-dichlorethan, mobilní fáze (aceton:methanol:toluen 1:4:14) Postup: 1. Jednotlivé vzorky si prohlédneme a zaznamenáme do tabulky 8 jejich vzhled. Poté je v třecí misce rozmělníme a použijeme vždy část ze vzorku na pokus. 2. Vyzkoušíme, zda fluoreskují pod UV lampou. 3. Zjistíme rozpustnost ve vodě a v 1,2–dichlorethanu. 4. Část vzorku smícháme s 5 ml vody, přidáme 2 kapky hydroxidu sodného a 2 kapky červené krevní soli. Přelijeme roztok do dělící nálevky a přidáme 5 ml pentanolu. Protřepeme a zjistíme, zda horní vrstva fluoreskuje pod UV lampou. 5. Chromatografický důkaz: kapilárou si odebereme část vzorku z předchozí úlohy a kápneme na TLC destičku. Tu přeneseme do vyvíjecí komory s mobilní fází. Po vyvinutí chromatografie vyndáme destičku a zjistíme, zda pod UV zářením se objeví skvrna. Pozorování: Tabulka 8: Charakteristika vitaminů VZHLED

1.vzorek gelovitá Vit. A tobolka 2.vzorek Vit.B1 3.vzorek Vit.B6 4.vzorek Vit.C

bílá tableta bílá tableta oranžová tableta

UV

ROZPUSTNOST V H2O / C2H4Cl2

zeleně fluoreskuje nic

v C2H4Cl2

nic

v H2 O

nic

v H2 O

v H2 O

SE SMĚSÍ POD UV

modře fluoreskuje modře fluoreskuje

CHROMATOGRAFIE

skvrna poblíž startovní linie

Závěr: Dokázala jsem vitaminy A, B1, B6 a C za použití UV lampy, chromatografie a jiných metod. 82

Rostlinná barviva - ŘEŠENÍ Rostlinná barviva jsou organické látky, které jsou pro rostlinu nepostradatelné. Mezi nejdůležitější barviva patří chlorofyl, bez kterého by nebyla možná fotosyntéza. Vzpomeňte si na barvy květů rostlin, na barvu jejich plodů a listů, to vše způsobují barviva. 1. Doplň slova do textu: vidění

barviva

tma

plody

β-karoten

V průběhu druhé světové války pojídali

44

marmeláda

světlo

piloti britského královského letectva

borůvkovou marmeládu. Po její konzumaci se u nich totiž nápadně zlepšilo vidění v noci. Docházelo též k rychlejšímu přizpůsobení oka na světlo a tmu. Skutečně se prokázalo, že borůvkové plody příznivě ovlivňují biochemické procesy probíhající v oku. Za tyto účinky odpovídají anthokyanová barviva a β-karoten. 2. Přiřaď k sobě barvivo a příslušnou část rostliny, kde se barvivo nachází nejvíce:

β-karoten

Plod borůvky

Chlorofyl

List špenátu

Anthokyany

Kořen mrkve

3. Na obrázku vidíte vzorec β–karotenu (viz obrázek 26). Napište, kterého vitaminu je to prekurzor.

vitaminu A

Obrázek 26: Vzorec β–karotenu

Výzkumy dokazují, že β-karoten přispívá k ochraně proti vzniku rakoviny. Které potraviny45 bychom tedy měli často jíst, abychom předešli této nemoci? mrkev, rajčata, červenou papriku 83

4. Kdo dodržuje tradici barvení vajíček o Velikonocích, určitě zná příklady barvení pomocí různých listů, plodů a květů. Přiřaďte barvy k jednotlivým částem rostlin: Slupky cibule Kořen řepy Plod brusinky Plod kávovníku

Růžová Tmavě hnědá Sytě zelená Světle hnědá Červená

Listy špenátu

Žlutá

Petrželová nať

5. Jaký je hmotnostní zlomek β-karotenu v jedné mrkvi, když podle výzkumů byla zjištěna hodnota 7,9 mg/100 g ? (1 mrkev váží cca 150 g). m (β–karotenu ve 100 g) = 7,9 mg m (mrkev) = 150 g w (β–karotenu v mrkvi) = ?

Obrázek 76: Mrkev

m (β–karotenu ve 150 g) = 7,9. 1,5 = 11,85 g w (β–karotenu v mrkvi) = m (β–karotenu ve 150 g) / m (mrkev) = 11,85 / 150 = 0,079 V jedné mrkvi je hmotnostní zlomek β–karotenu 0,079, což je 7,9 %.

84

Laboratorní práce Téma: Rostlinná barviva - dělení a reakce Pomůcky: zkumavky, TLC destička (5 x 10 cm), vyvíjecí komora (kádinka), kapátko, květy rostlin (např. fialka), lentilky (červené, žluté, modré, zelené), Petriho miska Chemikálie: 10 % H2SO4, 10 % roztok NaOH, mobilní fáze (ethanol:voda 1:5) Postup: Namočíme lentilku ve vodě, a jakmile se voda obarví, slijeme ji do zkumavky. Kapilárou naneseme vzorek barviva na startovní linii TLC destičky, stejný způsob provedeme u ostatních lentilek. Destičku přeneseme do vyvíjecí komory s mobilní fází. Pozorujeme rozdělení barev. Z barevného roztoku lentilek nakapeme 3 kapky do kyseliny a 3 kapky do zásady. Barevné změny zaznamenáme do tabulky. Květy rostlin položíme na Petriho misky a na každý kápneme 2 kapky kyseliny a 2 kapky zásady. Po 2 minutách porovnáme s původní barvou květu. Pozorování: Červené barvivo lentilek se na TLC destičce rozdělilo na žlutou a červenou barvu, zelené barvivo lentilek na žlutou a zelenou, ostatní barviva se nerozdělila. Barva lentilky

V 10 % H2SO4 V 10 % roztoku NaOH

červená

sv. červená

červená

žlutá

žlutá

žlutá

modrá

růžová

žlutá

zelená

sv. zelená

zelená

Barva květu V 10 % H2SO4 V 10 % roztoku NaOH modrá

růžová

žlutá

Závěr: Červené barvivo a zelené barvivo lentilek se podařilo rozdělit. Modrá lentilka změnila barvu v kyselině a zásadě. Květ fialky změnil barvu v kyselém prostředí na růžovou a zásaditém prostředí na žlutou.

85

NMR - cholesterol z vajíčka

Obrázek 78: 1H NMR cholesterolu z vajíčka I

86

Obrázek 79: 13C NMR cholesterolu z vajíčka II

87

Chemické experimenty pro SŠ - chromatografie s přírodními látkami

Recommend Documents