Blåt farvestof fra rødbeder:Kemikere udtænker en ny pigmentmulighed

Hvad er din yndlingsfarve? Hvis du svarede blåt, du er i godt selskab. Blå overgår alle andre farvepræferencer på verdensplan med en stor margin.

Uanset hvor meget folk nyder at se på det, blå er en svær farve at udnytte fra naturens side. Som en kemiker, der studerer modifikation af naturlige produkter for at løse teknologiske problemer, Jeg indså, at der var behov for et pengeskab, ikke-giftige, omkostningseffektivt blåt farvestof. Så min ph.d. studerende, Barbara Freitas-Dörr, og jeg udtænkte en metode til at omdanne rødbedernes pigmenter til en blå forbindelse, der kan bruges i en lang række applikationer. Vi kalder det BeetBlue.

Naturlige kilder til blå

Blå er stærkt forbundet med naturen, i høj grad fordi det reflekteres på himlen og på vandmasser. Men sammenlignet med andre farver, blå pigmenter er ikke almindeligt forekommende i levende organismer.

Mange fugles fjer er blå, ikke fordi de producerer et pigment, men fordi den mikroskopiske struktur af deres fjer er i stand til at filtrere lys. Dette fysiske fænomen er meget interessant, men svært at anvende til almindelige applikationer.

Planter producerer sjældent blå nuancer. Når de gør, deres pigmenter forbliver sjældent stabile efter ekstraktion. Det samme gælder for blå svampe som indigo mælkehatt og andre arter, der udvikler en blå plet, når de bliver forstyrret.

Bliver rød til blå

Du undrer dig måske over, hvordan noget rødt kan forvandles til noget blåt. En tilgang er at ændre den måde, dets molekyler absorberer og reflekterer lys på.

Det hvide lys, der kommer fra din lampe, indeholder en regnbue af farver, selvom du ikke kan se dem - uden brug af et prisme, det er. Overfladen på din røde stol ser rød ud, fordi på molekylært niveau, den absorberer alle farver undtagen rød, som reflekteres og til sidst når dine øjne.

Farven på din stol ville ændre sig fra rød til blå, hvis du ændrede dens molekylære struktur, får det til at reflektere blåt lys i stedet for rødt. Hemmeligheden ligger i antallet af kulstofatomer i farvestoffet, og hvordan de er forbundet med hinanden.

Roer producerer kemiske forbindelser kaldet betalainer, som er naturlige pigmenter og antioxidanter. Den kemiske struktur af betalainer kan modificeres til at producere næsten enhver nuance. Vi indså, at hvis vi øgede antallet af alternerende enkelt-dobbeltbindinger i betalain-molekyler, vi kunne ændre deres farve fra orange eller magenta til blå.

Det er svært at lave blåt farvestof med tilstrækkelig intensitet og lysægthed, fordi det skal absorbere gult og orange lys effektivt. At løse dette problem krævede masser af molekylær justering.

Mit laboratorium har arbejdet med betalainer i over 10 år for at forstå deres funktion i naturen og deres unikke kemiske egenskaber, så det tog kun et eksperiment at producere BeetBlue. (Det tog mere end to år at optimere processen, selvom.)

Vi adskilte betalain-molekylerne ved hjælp af alkalisk vand med en pH-værdi på 11. Derefter blandede vi den resulterende forbindelse, kaldet betalaminsyre, med en kommerciel kemisk forbindelse kaldet 2, 4-dimethylpyrrol i en åben beholder ved stuetemperatur. BeetBlue dannes næsten øjeblikkeligt.

Fordi vi ændrede den karakteristiske carbon-nitrogen-kemiske binding af betalains til en carbon-carbon-binding, BeetBlue er en ny klasse af pseudo-naturlige farvestoffer, vi kalder quasibetalains.

Farv dit liv blåt

Den kemiske syntese af BeetBlue er hurtig og meget enkel. Faktisk, det er så enkelt, at alle kan gøre det, hvis alle kemikalierne er tilgængelige.

BeetBlue opløses let i vand og andre opløsningsmidler, bevarer sin farve i sure og neutrale opløsninger, og kan være et alternativ til dyre blå farvestoffer, der ofte indeholder giftige metaller, som begrænser omfanget af deres anvendelser.

Levende zebrafiskembryoner såvel som dyrkede humane celler blev ikke påvirket af BeetBlue. Selvom flere eksperimenter er nødvendige for at sikre, at det er sikkert til konsum, måske du kan farve dit hår, tilpasse dit tøj eller farve din mad i fremtiden ved hjælp af et farvestof lavet af roer.

Dette arbejde viser vigtigheden af ​​grundlæggende videnskab for udviklingen af ​​teknologiske applikationer. Vi patenterede ikke BeetBlue. Vi vil have folk til at bruge det frit og forstå, ved at interagere med naturen på en anderledes og bæredygtig måde, fremtiden kan være lys.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.