Foglie d’autunno

foglie d'autunnoCon queste giornate di sole, i colori dell’autunno sono veramente fantastici. Mentre cercavo di immortalarli in foto spettacolari con risultati purtroppo molto più simili a un’ode al banale, mi si è insinuato il solito pensiero chimico/didattico che potrei così schematizzare :
Autunno -foglie- pigmenti –cromatografia
Ecco, un percorso in tre fasi (A,B,C) si sta lentamente delineando.

A) Si inizia con una poesia perché … perché è più forte di me

poesia di Emily Dickinson

J12/ F32 1858
Sono più miti le mattine
E più scure diventano le noci
E le bacche hanno un viso più rotondo.
La rosa non è più nella città.

L’acero indossa una sciarpa più gaia.
La campagna una gonna scarlatta,
Ed anch’io, per non essere antiquata,
Mi metterò un gioiello.

Emily Dickinson (trad. Margherita Guidacci da E. Dickinson- Poesie – Fabbri Editori)
Ecco, le mie fotografie le avrei volute così, macchie di colore evocative e invece …
B) Si passa poi alle protagoniste dell’autunno, le foglie, ponendosi domande sulle loro abitudini autunnali:
Perché il paesaggio autunnale s’infiamma di rossi, gialli arancioni, insomma
perché in autunno le foglie cambiano colore?
Avrete già capito  che quella incredibile metamorfosi ha fra i suoi artefici proprio un po’ di chimica, andiamo a vedere come.

Penso che sia cosa nota che il verde delle foglie è dovuta alla clorofilla, forse un po’ meno nota è la struttura di questa molecola che ora vi mostro:clorofillaLa mostro non tanto per strappare pur meritatissime esclamazioni di stupore e meraviglia per sì splendida architettura , ma perché, in quella mirabile costruzione, si cela il segreto del suo colore.
La clorofilla è infatti un pigmento, una sostanza che contiene gruppi cromofori , in grado di assorbire alcune radiazioni della luce visibile, cioè alcuni colori, riflettendo poi i colori complementari a quelli assorbiti. Tra le sostanze organiche, ci sono molte molecole che si classificano come pigmenti e che producono colori diversi a seconda della loro struttura e, quindi, della loro interazione con la luce. In questa tabella sono riportate proprio le molecole che prenderemo in considerazione.tabella pigmenti

Vediamo quindi che la clorofilla appartiene alla classe delle porfirine

porfirina

La clorofilla assorbe la luce rossa e blu dalla luce del sole che cade su foglie. Pertanto, la luce riflessa dalle foglie è priva di rosso e blu e appare verde. Le molecole di clorofilla sono grandi
C 55 H 70 MgN 4 O6. Si trovano nei cloroplasti e non sono solubili nella soluzione acquosa, che riempie le cellule vegetali.

,

Per farvi un po’ filosofare, voglio mostrarvi  la struttura dell’ eme, la molecola  che colora di rosso il sangue, grazie alla presenza di un atomo di ferro (Fe) nella sua struttura.eme

Guardate quanto poco c’è mancato perché fossimo tutti di sangue verde!
Esistono diverse forme chimiche di clorofilla (ad esempio, clorofilla a e la clorofilla b), che sono responsabili della sintesi dei carboidrati.

La clorofilla è prodotta in risposta alla luce solare. Quando cambia la stagione e la quantità di luce solare diminuisce, viene prodotta meno clorofilla e quella presente si deteriora trasformandosi in composti più semplici; con l’arrestarsi della produzione di clorofilla e la sua graduale scomposizione in molecole più piccole, il verde delle le foglie  svanirà.
La clorofilla maschera la presenza di altre molecole colorate nella foglia, le antocianine che a loro volta mascherano i carotenoidi. La sua scomparsa permetterà a queste molecole di mettersi in luce

I carotenoidi non hanno bisogno della luce e sono sempre presenti nei cloroplasti delle foglie anche se, come già detto, il loro colore non compare perché mascherato dalla clorofilla. Infatti quando il carotene e la clorofilla si trovano nella stessa foglia, insieme assorbono il blu, il blu-verde e il rosso. La luce riflessa dalla foglia appare perciò verde.

carotene

il carotene assorbe il blu-verde e l’azzurro. La luce riflessa dal carotene appare gialla. Il carotene è una grande molecola (C 40 H 36) contenuta nei cloroplasti di molte piante.

Il cromoforo dei carotenoidi è costituito dalla lunga catena formata da legami doppi alternati a legami semplici.( la sub unità che si ripete nella loro struttura è l’isoprene)

struttura isopreneQuesta alternanza è chiamata coniugazione e conferisce al sistema particolari proprietà ottiche. Aumentando la lunghezza della coniugazione, il colore riflesso si sposta dal giallo al violetto. Così abbiamo caroteni di colore diversi : il licopene (l’abbiamo incontrato parlando di pomodori ) di colore rosso,
licopene
La xantofilla gialla (colore, fra gli altri, delle uova e delle piume dei canarini )
xantofilla
Le altre molecole colorate che acquistano visibilità dalla scomparsa della clorofilla sono le antocianine i filtri solari delle piante. Eccovi la struttura di alcuneantocianina

In queste molecole compare uno zucchero e quindi per la formazione di antocianine è indispensabile la disponibilità  di carboidrati nella pianta.  Il colore è dovuto a questa struttura

cromforo delle antocianine

Gli antociani assorbono, il verde-azzurro, e la luce verde. Pertanto, la luce riflessa dalle foglie contenenti antociani appare rossa.

Mentre clorofilla e carotenoidi si trovano nei cloroplasti le antocianine sono disciolte nella linfa. Un’ altra caratteristica delle  antocianine  è quella di cambiare  colore con il pH e sono quindi influenzate dal pH della linfa della foglia (  si può utilizzare questa loro proprietà per preparare indicatori acido base).

indicatore al cavolo rosso

indicatore al cavolo rosso

antocianine e pH

nelle soluzioni nettamente acide (pH intorno a 3) sono rosse, in quelle poco acide o poco basiche( pH tra 5 e 8) viola-blu e infine sono gialle nelle soluzioni nettamente basiche (valori di pH maggiori di 8), con una possibile transizione attraverso il verde (giallo+blu).

 

Le antocianine sono formate da una reazione tra zuccheri e certe proteine ​​contenute nella linfa. Questa reazione non si verifica se la concentrazione di zucchero nella linfa non è abbastanza elevata. La reazione richiede anche la luce. Questo è il motivo per cui le mele appaiono spesso rosse su un lato e verde sull’altro; il lato rosso era sotto il sole e il lato verde era in ombra.

foglie gialleIn estate, le foglie degli alberi sono fabbriche di zucchero, prodotto da anidride carbonica e acqua per via dell’azione della luce sulla clorofilla. Come già detto, la clorofilla fa sì che le foglie appaiano verdi (o verde chiaro se contengono molto carotene che assorbe anche il blu-verde.) Acqua e nutrienti fluiscono dalle radici, attraverso i rami, nelle foglie. Gli zuccheri prodotti dalla fotosintesi fluiscono dalle foglie alle altre parti dell’albero: una parte dell’energia chimica prodotta viene utilizzata per la crescita e l’altra immagazzinata. . Con l’arrivo dell’autunno, i giorni si accorciano e le notti sono più fresche e questo comporta dei cambiamenti nella struttura delle foglie. Uno di questi cambiamenti è la crescita di una membrana tra il ramo e il picciolo. Questa membrana interferisce con il flusso di nutrienti nella foglia. Poiché il flusso di nutrienti viene interrotto, la produzione di clorofilla nella foglia cala e il colore verde scompare. Se la foglia contiene carotene, come le foglie di betulla e di noce, il colore cambierà dal verde al giallo brillante. In alcuni alberi, quando la concentrazione di zucchero nella foglia aumenta, lo zucchero reagisce formando antocianine. Questi pigmenti fanno sì che le foglie diventino rosse; aceri rossi, querce rosse, e sommacco producono antociani in abbondanza e sono gli autori dei rossi brillanti e viola nel paesaggio autunnale.
In conclusione: quando l’estate si trasforma in autunno, diminuiscono i livelli di luce e la produzione di clorofilla rallenta. Il tasso di decomposizione della clorofilla, però, rimane costante, e questo avrà come conseguenza la scomparsa del colore verde dalle foglie. Allo stesso tempo, ci sarà un aumento della produzione di zucchero e quindi di antocianina. Così, le foglie contenenti principalmente antociani appariranno rosse. Foglie con una foglie in autunnobuona quantità di antociani e carotenoidi appariranno arancione. Foglie con carotenoidi, ma poco o nessun antocianina appariranno di colore giallo. In assenza di questi pigmenti, possono esserci altre sostanze in grado di influenzare il colore della foglia. Per esempio i tannini, che sono responsabili del colore marroncino di alcune foglie di quercia..
La gamma e l’intensità dei colori autunnali è, inoltre, fortemente influenzata dalle condizioni atmosferiche . Le basse temperature distruggono la clorofilla, e, se rimangono sopra lo zero, possono favorire la formazione di antocianine. Il sole splendente distrugge la clorofilla e aumenta la produzione di antocianine. Il tempo asciutto, poi, aumentando la concentrazione di zucchero nella linfa, aumenta anche la quantità di antocianine . Così un autunno con giornate asciutte e sole molto luminoso, seguite da notti fresche e asciutte avrà colori più vivaci e brillanti.

C)  A questo punto, non vi è venuta voglia di vedere le sostanze di cui abbiamo parlato? Anche nei nostri laboratori minimalisti c’è l’attrezzatura per estrarre dalle foglie le sostanze colorate per poi separarle utilizzando una tecnica cromatografica.

Ne parleremo non appena avrò la documentazione fotografica  di ogni fase dell’esperimento.

A presto!

Per i curiosi

Che struttura deve avere una molecola per essere

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Informazioni su spanni

prof. di chimica
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