B3 Energiestufenmodell: Chlorophyll links, b-Carotin rechts Naturstoffe – Neue Materialien UV-Absorption mit und ohne Fluoreszenz Chlorophyll1 und b-Carotin sind farbig, weil sie Teile des Lichts aus dem sichtbaren Bereich absorbieren. Ihre Ab sorptionsspektren in B2, S. 166, und B6, S. 263, geben darüber genaue Auskunft. Sowohl Chlorophyll als auch b-Carotin absorbieren aber auch Strahlung aus dem UV-Bereich. Wie ist zu erklären, dass Chlorophyll dabei fluoresziert, b-Carotin dagegen nicht? Ursache ist die unterschiedliche „innere Beweglichkeit“ der Moleküle der beiden Verbindungen. Der Chromophor im Chlorophyll-Molekül ist im Vergleich zum Chromophor im bCarotin-Molekül starrer. Entsprechend gibt es für den Grundzustand des Chlorophyll-Moleküls nur wenige Schwingungsniveaus (schwarze Striche im blauen Bereich in B3), beim b-Carotin-Molekül sind es dagegen viele. Die höchsten liegen energetisch so nahe an der niedrigsten unbesetzten Energiestufe (roter Bereich in B3), dass es zu einer strahlungslosen Desaktivierung kommt und b-Carotin nicht fluoresziert. Ein Fall für zwei: b-Carotin und Chlorophyll bei der Photosynthese ER W EIT ER UN G· VE RT IEF UN G· AN W EN DU NG B1 Vorversuch zu V1 und V2: Die linke Hälfte eines Rundfilters wurde mit Chlorophyll-Lösung1 und die rechte mit b-Carotin-Lösung getränkt. Im Licht der UV-Lampe fluoresziert Chlorophyll rot, b-Carotin fluoresziert nicht. B2 Chlorophyll1 wird durch starkes Licht an der Luft abgebaut (dunkelblaues Viereck inmitten der rot fluoreszierenden Fläche). b-Carotin hemmt diesen Abbau (rot fluoreszierender Fleck im blauen Viereck). 264 1 Die Bezeichnung „Chlorophyll“ wird hier vereinfachend für beide Chloro phylle a und b verwendet (vgl. Formeln auf S. 270). E hn strahlungsloseDesaktivierung E Singlett-Niveaus Fluoreszenz l1 l2 E1 E2 Ab so rp tio n Em iss ion Versuche Hinweis: V1 und V2 sind als Video „Ein Fall für zwei“ unter Chemie 2000+ Online verfügbar. V1 Fluoreszenzlöschung von Chlorophyll durchb-Carotin: Tränken Sie ein Rundfilterpapier vollständig mit einer Lösung aus Blattgrünextrakt oder grünem Kürbiskernöl. Tragen Sie auf das Filterpapier mit einer Glaskapillare nun einen Fleck aus gesättigter b-CarotinLösung in Aceton auf. Der gelb-orange Fleck erzeugt im UV-Licht* eine starke Abschwächung der roten Fluoreszenz des Chlorophylls (vgl. Video unter Chemie 2000+Online). V2 Photochemischer Abbau von Chlorophyll und Photoprotektion durch b-Carotin: Halten Sie eine Zone rund um den in V1 erzeugten b-Carotinfleck 2 min lang in den Strahlengang eines Diaprojektors mit einer 200Watt-Halogenlampe oder ins starke Sonnenlicht. Die bestrahlte Fläche erscheint bereits bei Tageslicht stark ausgebleicht und fluoresziert im UV-Licht nicht mehr. Allerdings ist dort, wo der b-Carotinfleck war, noch eine schwache, rote Fluoreszenz zu beobachten (B2 und Video unter Chemie 2000+Online). Auswertung a) Geben Sie die Reaktionsgleichung von S. 263 an, mit der die Fluoreszenzlöschung in V1 erklärt werden kann. b) Erklären Sie mithilfe geeigneter Reaktionsgleichungen von S. 263 die Beobachtungen bei V2 (B2). 3377_01_01_2012_Kap4_212_273 23.09.14 06:31 Seite 264 Nu r z P rü fzw ec ke n Ei ge nt um d es C .C . B uc hn er V er la gs