LA QUÍMICA DE LOS COLORES – Sección II

¿Por qué las hojas de las plantas cambian de color según la estación del año?

La característica externa más notable de los vegetales probablemente sea su color, aportándole a los mismos, propiedades llamativas. Los pigmentos que condicionan estos colores están estrechamente ligados con las actividades fisiológicas del propio vegetal. Por ello resulta interesante conocer los pigmentos vegetales que estos contienen, para comprender algunos hechos que observamos en la naturaleza, como por ejemplo, los cambios de colores que las plantas experimentan según la estación del año.

Podemos agrupar en tres grupos a los pigmentos que componen los vegetales y son responsables de estos cambios: clorofila, carotenoides y antocianinas.

• La clorofila es el principal y es el que da el color verde tradicional de la primavera y verano, esta permite que las plantas usen la energía solar para producir su propio alimento. Sin clorofila no hay fotosíntesis. Las plantas requieren de temperaturas templadas y luz solar para producir clorofila, en otoño, la cantidad producida decrece y la clorofila se va descomponiendo lentamente, haciendo que las hojas pierdan su verdor.
• Las xantófilas, una subclase de carotenoides, son responsables del color amarillo otoñal. Una de las principales xantófilas, la luteína, es además la que le confiere el color amarillo a la yema de huevo.
• Los carotenos, la segunda clase de la familia de los carotenoides, son los responsables de los colores naranja de los vegetales, por ejemplo, las zanahorias. Los carotenoides de las hojas comienzan a degradarse al mismo tiempo que la clorofila, pero lo hacen a un ritmo mucho más lento que la clorofila.
• Las antocianinas, al contrario de los carotenoides, comienzan su síntesis al principio del otoño, a medida que la concentración de azúcar de las hojas aumenta, son las responsables del color de las manzanas, cerezas, frambuesas, entre otros. No todas las especies vegetales producen antocianinas, pero sí clorofila y carotenos.

Veamos en la Tabla 1, diferentes pigmentos vegetales, su color característico y dónde podemos encontrarlos.

Tabla 1: Pigmentos vegetales.

¿Podemos distinguir los diferentes pigmentos presentes en las especies vegetales?

Claro. Podemos utilizar diferentes técnicas separativas para conocer la composición pigmentaria de alguna especie vegetal. Si utilizamos una técnica de extracción y obtenemos una solución lo suficientemente concentrada en pigmentos, observaremos que prevalece por ejemplo un color verde intenso si partimos de hojas de espinaca o acelga. Para poder distinguir qué pigmentos componen esa solución, podemos pensar en una técnica de separación que recibe el nombre de Cromatografía.

¿Qué es la Cromatografía y cuáles son sus orígenes?

La cromatografía es una técnica o método físico de separación muy utilizado por casi todos los químicos en investigación. Actualmente ocupa un lugar importante dentro de los métodos de análisis modernos, dado la enorme utilidad que presenta para separar, identificar y cuantificar distintas especies químicas en diferentes materiales, ya sea éstos de origen natural, procedentes de la industria química, de alimentos, farmacéutica, etc.

Figura 1: Mikhael Tswett (1872 – 1919).

Fue descubierta por un botánico ruso, M. Tswett, que en 1903 empleó la técnica para separar los varios componentes coloreados de un extracto de plantas. Sin embargo, pasaron muchos años hasta que este descubrimiento fue plenamente apreciado por los investigadores ocupados en la separación de materiales biológicos y orgánicos. Se lo considera el padre de la cromatografía. Como él separó compuestos coloreados (pigmentos) denominó a la técnica “cromatografía”, ya que este término deriva de las palabras griegas “chrom” (color) y “graphe” (escribir).

La cromatografía es un método físico que permite la separación y caracterización de mezclas complejas con aplicaciones en todas las ramas de la ciencia. Son un conjunto de técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyas principales funciones básicas son:

- Separar componentes de una mezcla para obtenerlos más puros para su posterior utilización.

- Medir la proporción de cada uno de esos componentes (cuantificación).

¿Cómo se logra esta separación?

Se debe a la influencia de dos efectos:

a) Retención: los componentes de la mezcla son retenidos por una fase estacionaria(fija).

b) Desplazamiento: los componentes de la mezcla se movilizan por acción de unafase móvil, que puede ser un líquido o un gas.

Los componentes son impulsados por la fase móvil y migran a lo largo de la fase estacionaria desplazándose a diferentes velocidades que tienen que ver con las afinidades de los componentes con ambas fases. Las afinidades químicas se corresponden con las interaccionesde las distintas especies químicas presentes en la mezcla. Aquellos componentes que se retienen fuertemente por la fase estacionaria, se mueven lentamente con el flujo de la fase móvil, mientras que los que se unen débilmente a la fase estacionaria se mueven con rapidez junto a la fase móvil. Como consecuencia de esta movilidad diferente, los componentes de la mezcla se van separando comobandas o manchas que pueden ser analizadas cualitativamente o cuantitativamente.

Este equilibrio de distribución de los componentes puede estar regido por distintosfenómenos físicos, entre otros: adsorción, partición, intercambio iónico, bioafinidad y diferencias de tamaño molecular.

Por otro lado, las distintas técnicas cromatográficas se pueden llevar a cabo utilizando una variedad de soportes físicos: en papel, sobre placas de vidrio recubiertas con un sólido finamente dividido (gel de sílice), columnas de vidrio o acero inoxidable, etc.

¿Podemos separar pigmentos vegetales con los materiales de la caja utilizando algún método cromatográfico?

En esta práctica realizaremos una cromatografía para separar los pigmentos presentes en diversos extractos vegetales obtenidos por extracción directa con alcohol etílico.

Procedemos del siguiente modo:

Técnica 1:

1- Los extractos vegetales procedentes de la extracción alcohólica, se filtran con embudo de vidrio y papel de filtro y se recolectan en un vaso de precipitado.

2- Tomar con un capilar una pequeña cantidad del extracto anterior y sobre un rectángulo de papel de filtro de unos 6 centímetros de ancho por 10 centímetros de alto se traza con lápiz una línea de siembra a 2 centímetros de la base aproximadamente.

3- Sobre la línea de siembra se realizan de 5 a 10 toques (descarga de gotitas) con el capilar cargado de pigmento, dejando entre cada toque que se evapore el líquido.

4- Se coloca el papel ya sembrado en un vaso de precipitado que contendrá el solvente separador (alcohol etílico), dejándolo unos 5 a 10 minutos.

Figura 2: Técnica de siembra.

5- Los pigmentos se irán separando según su afinidad con el solvente y con el papel (Figura 2).

6- Observar las manchas presentes en el papel donde se ha realizado la cromatografía (“cromatograma”).

7- Las distintas manchas corresponderán a los diferentes pigmentos presentes en la especie vegetal.

Técnica 2:

1- Este paso es idéntico al punto 1 de la técnica anterior.

2- Se corta un rectángulo de papel de filtro de unos 15 centímetros de ancho por 10 centímetros de alto doblado en V (para que se mantenga en pie) y se sumerge en una placa de Petri (Figura 4.a) o en un vaso de precipitado (Figura 4.b) que contiene directamente el filtrado del extracto vegetal alcohólico. Dejar reposar entre 20 y 30 minutos.

Figura 4.a: cromatografía en placa de Petri.

Figura 4.b: cromatografía en vaso de precipitado.

3- Los pigmentos se irán separando según su afinidad con el solvente en bandas de diferentes colores (Figura 5) para generar el cromatograma correspondiente (Figura 6).

· Anotar los resultados según las observaciones identificando los pigmentos vegetales encontrados durante las experiencias.

· Indicar el orden de solubilidad de los pigmentos de acuerdo a su aparición en el papel. Correlacionar este orden con las estructuras químicas de los pigmentos y elaborar conclusiones de los hallazgos obtenidos.

Por ejemplo, para una hoja de espinaca encontraremos:

Figura 5:Pigmentos vegetales.

Figura 6:Cromatograma.

BIBLIOGRAFÍA

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