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대학교때 작성했던 안토시아닌 색소에 관한 내용입니다. 안토시아닌 색소 실험할때 참고자료로 도움이될거같습니다.

생화학 과제 2안토시아닌 색소의 화학 및 생화학적 응용생화학 과제 2 : 안토시아닌 색소의 화학 및 생화학적 응용Date : 2016. 12. 5Name :내용 정리안토시아닌(anthocyanin)은 그리스어 ?νθ??(anthos) + κυαν??(kyanos)에서 유래한 말이다. anthos는 꽃(flower)을 뜻하는 말이고, kyanos는 파란색(blue)를 뜻하는 말이다. 즉, 안토시아닌은 꽃에 있는 푸른색 색소라는 뜻으로 그 이름이 유래가 되었다.수국에 있는 delphnidin 구조 안토시아닌은 pH에 따라서 빨간색, 보라색, 파란색을 띠는데 이는 pH의 변화에 따라서 양성자가 분자 내에서 주고받느냐에 따라 색이 달라지기 때문이다. 분자에 있는 전자가 에너지 전이가 일어날 때 그 부분의 에너지를 흡수 또는 방출하는데 그 에너지가 어떤 파장에서 흡광(흡수 파장)을 가지느냐에 따라 색이 달라지게된다. 정확하게는 흡수 파장의 보색이 우리가 보는 색이 된다. 수국의 경우, 주요 색소 성분은 anthocyanidin인 delphnidin인데, 수국은 흙 속의 알루미늄 성분에 따라서 꽃 색깔이 달라진다. 이 알루미늄은 토양의 pH에 따라서 달라지는데 알칼리성 토양에서 Al3+는 Al(OH)3 형태로 되어 물에 녹지 않고 뿌리에서 흡수되지 않아 꽃이 자홍색을 띠고, 산성 토양에서는 이온화되어 Al3+ 형태로 흡수되어 delphnidin과 착화합물을 띠어 파란색을 띤다.anthocyanidin 안토시아닌은 플라보노이드(flavonoid)의 일종인 안토시아니딘(anthocyanidin)에 포도당 등과 같은 당분이 결합된 glycoside 계열 화합물에 속한다.이 Anthocyanidin은 탄소에 있는 R에 어떤 작용기가 붙었냐에 따라서 Aurantinidin, Capensinidin, Cyanidin, Delphinidin, Europinidin, Hirsutidin, Malvidin, Pelargonidin, Peonidin, Petunidin, Pulchelli중간체로 쓰이고, 이 leucoanthocyanidin은 다시 oxidize된다.최종적으로는 안토시아닌이 형성되는데 이 안토시아닌은 불안정한 형태로 되어 있는데 이 물질은UDP-3-O-glucosyltransferase에 의해 당과 붙게 되어 안정한 안토시아닌이 된다. 일반적인 식물체에서 발견되는 형태로 된다.천연 색소를 합성하는 과정에서 이 물질 대사 과정을 적절하게 잘 조절만 한다면 원하는 색깔의 천연 색소를 대량으로 합성할 수 있다. 일부 안토시아닌은 천연 pH 지시약으로 쓰이는 경우가 많고, 옷감이나 화악 약품이나 염료 등에 쓰이는 dye 등을 대량으로 생성하기 위해서 이에 대한 생화학적 이해가 필요하다.이렇게 합성된 안토시아닌은 앞에서 설명했듯이 다양한 화학적 특성을 가지고 있고 이를 이용하여 여러 연구에 응용하고 있다.안토시아닌은 conjugation effect에 의해서 전자가 움직일 수 있는데, flavonoid 계열 색소의 골격에서는 다음 그림에 표시한 영역에서 전자가 움직일 수 있다. 이때 전자는 photon을 흡수하여 에너지가 낮은 곳에서 에너지가 높은 곳으로 전이가 일어나는데 이 과정에서 흡수된 에너지를 이용하여 파장을 구할 수 있고 흡광도 값을 측정할 수 있다. 이러한 것을 가장 간단하게 수학적으로 표현한 model이 양자역학에서 나오는 particle in a box이다. 이 particle in a box model에서는 전자의 에너지와 파장의 관계를 수식으로 나타낼 수 있고 이를 이용하여 conjugation system의 길이를 측정할 수 있다.flavonoid 계열 색소의 흡광도 파장과 흡광도가 나타나는 위치를 표시한 그림conjugated system의 길이는 Conjugated polyene systems에서 주로 구할 수 있다.DELTA E= {(n _{f} -n _{i} )h ^{2}} over {8mL ^{2}}식을 이용해서DELTA E를 구하고,lambda = {hc} over {DELTA E}를 이용해서 파장을 구할conjugation 된 화합물들을 다음 그림과 같이 UV-Vis을 측정하면 peak가 나타나게 된다.NAD의 경우 벤젠 고리 쪽에서 흡광이 일어날 수 있다.안토시아닌 같은 화합물은 pH가 낮을 때 450~500nm에서 흡수가 일어나게 되어 색은 보색인 적색이나 주황색을 띠고, pH가 높을 때는 200~300nm 영역을 주로 흡수하여 파란색이나 녹색을 띤다.식물의 열매에 열리는 색상은 주로 pH 6.1 상태일 때 5-carboxypyrano-analogue로 인해 생기는 색이다.왼쪽 그림은 flavonoid 계열에 따른 흡광도를 나타낸 그림이다. 흡광도 파장이 가장 작은 flavonoid는 apigeninidin이고, 이후 luteolinidin, pelargonidin, robinetinidin, cyanidin, delphinidin 순으로 흡광도 파장이 파장이 길어진다.1번째 benzene ring과 3번째 benzene ring에 hydroxyl groups이 많이 치환되어 있으면 파장이 길어지는데 이는pi 전자가 더 많이 움직일 수 있기 때문에 파장이 길어지는 것이다. delphinidin이 파장이 제일 긴데, 이 delphinidin을 맨눈으로 관찰하면 Viola 꽃과 같은 색인 보라색을 띠게 된다. 550~560nm 영역을 흡수하므로 맨눈으로는 보라색을 띠게 된다. delphinidin은 천연 항산화제에도 응용이 된다.Anthocyanidin을 TLC(cellulose with H2O/HCl/Hac = 82/3/15 as solvent system)로 찍으면 spot이 식물마다 색깔이 다르게 나타나는데 다음 그림처럼 색깔이 다르게 나타난다. 더 재미있는 건 유전자 조작(orange petunia is genetically modified)을 통해서 식물의 색소를 바꿀 수 있는데 이를 통해서 원하고자 하는 천연색소를 다양하게 생성할 수 있다.이런 여러 가지 색을 만드는 안토시아닌 색소를 이용하여 화학적으로는 천연 안토시아닌 계열 dye를 합성(생화학en circuit voltage)은 TiO2 반도체의 Fermi 에너지 준위와 전해질의 산화-환원 준위의 차이에 의해 결정된다.화학 반응식으로 나타내면 다음과 같다.rm D+h nu `` -> D ^{*}rm D ^{*} +TiO _{2} `` -> D ^{+} +e _{cb} ^{-} (TiO _{2} )rm D ^{*} ` -> Drm 2D ^{+} +3I ^{-} `` -> 2D+I _{3} ^{-}rm D ^{+} +e _{cb} ^{-} (TiO _{2} ) rm -> D+TiO _{2} ``rm I _{3} ^{-} +2e ^{-} (catalyst) rm -> 3I ^{-}rm I _{3} ^{-} +2e _{cb} ^{-} (TiO _{2} ) rm -> 3I ^{-} +TiO _{2} ``dye가 빛을 흡수하여 들뜬 상태가 되고, 이 들뜬 상태의 dye는 이온화되면서 전자를 내놓게 된다. 이 전자는 요오드 이온 쪽으로 달라붙게 되고 요오드 이온은 전자를 받아서 I3-에서 3I-형태로 바뀌게 된다. 전자는 전극 사이를 통해서 움직이는데 이 solar cell의 장점이 특정한 전류를 주지 않고 빛을 이용해서 전기를 줄 수 있다는 장점이 있다. cathode에는 Pt전극을 많이 쓰고, anode에는 TiO2기판 위에 dye를 얹은 전극을 쓴다.(a) dye와 TiO2 광 전극사이의 donor-π-acceptor 원리를 나타낸 구조(b) π bridge로 가능한 분자 구조 Possible binding modes of a COOH-group to TiO2. 이 TiO2계열 태양 전지가 기존의 태양 전지와의 차이점이 있다면, 기존의 실리콘-기반 태양전지는 태양 에너지의 흡수 과정과 전자-정공 쌍이 분리되어 전기의 흐름을 만드는 과정이 반도체 내에서 동시에 일어나는 것에 비해, TiO2계열 염료감응형 태양 전지에서는 태양 에너지의 흡수과정과 전하 이동 과정이 분리되어 염료에서 태양 에너지를 흡수하고, 전하의 이동은 전자의 형태로 반도체 물질에서 이루어진정의한다.AM= rm {L} over {L _{o}} APPROX {1} over {cosz}rmL _{o}는 해수면에서의 zenith path 길이(지구 표면과 수직을 이룸)이고 z는 zenith 각도이다.이 값은 태양의 복사선과도 연관이 되어 있는 값이고 중요한 값이기도 하다.수직 기준으로 48.2도를 이루고 있을 때 AM값이 1.5가 나온다. 참고로 기준 값은 미국의 ASTM (American Society for Testing and Materials, www.astm.org)의 데이터를 많이 참고한다.태양 자체에서 나오는 파장은 다양한데, 이들 중 일부(UV 같은)는 지구 대기를 통과하면서 차단되고 실제 지표면에 도달하는 파장 영역은 280 ~ 4000 nm 이며, 각각의 파장별 에너지를 다 합치게 되면 AM1.5의 경우 ASTM G-173 기준으로 1000.4W/m2 값이 나오고, 환산하면 100W/cm2로 나온다.이 값은 실험실에서 광촉매 특성평가나 태양전지의 효율을 측정할 때 AM 1.5기준으로 해서 만들어지는 Solar simulator를 이용하는데 이 값이 실험 장비인 Solar simulator에서 나오는 spectrum이다. solar simulator는 spectrum이 AM 1.5값인 100W/cm2로 나오게 설계되어 있다.IPCE는 Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency의 약자로, 조사된 photon flux 대비 광전류를 말한다. 즉, 들어간 photon 대비 나오는 전자 수를 의미한다. 이 값이 높을수록 전자가 많이 나오므로 나오는 전자 수도 많아져서 전류 값이 증가한다. quantum efficiency와 동일 개념이다. 이 값은 파장에 따라 다르고, band gap 형태에 따라서도 다르다.일반적으로 photographic film은 10% 이하의 값을 가지나 간혹 파장에 따라서 90%~100% 이상의 값을 가지는 경우도 있다.이렇게 태양전지를 만들고 성능을 측정하면 된다. 태양.

자연과학| 2024.12.02| 21페이지| 4,500원| 조회(169)

생화학, 실험, 안토시아닌

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