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如何化学家发明了一种新的颜料的选择,从红甜菜蓝色染料转

近距离拍摄甜菜片
非洲工作室

你最喜欢的颜色是什么?如果你的回答是蓝色,那你的同伴就很好。蓝级别高于所有其他颜色的喜好在世界范围内有很大的差距。

不管人们多么喜欢看蓝色,蓝色是一种很难驾驭的自然颜色。作为一个化学家研究天然产物的改性为了解决技术问题,我意识到需要一种安全、无毒、经济有效的蓝色染料。我的博士生Barbara Freitas-Dorr和我设计了一个方法:将红色甜菜中的色素转化为蓝色化合物它可以被广泛应用。我们叫它“甜菜蓝”。

蓝色的天然来源

蓝色与自然紧密相连,很大程度上是因为它反映在天空和水体上。但与其他颜色相比,蓝色素在生物体中并不常见。

许多鸟类的羽毛是蓝色的,不是因为它们产生一种色素,而是因为它们的微观结构羽毛能够过滤光线。这一物理现象非常有趣,但在一般应用中很难采用。

不管人们多么喜欢看蓝色,蓝色是一种很难驾驭的自然颜色。

植物很少产生蓝色。当他们这样做,他们很少色素提取后保持稳定。这同样适用于蓝蘑菇,如靛蓝乳白色帽和其他物种受到骚扰时会制定一个蓝染色真。

变红为蓝

你可能不知道的东西红色如何可以变成蓝色的东西。一种方法是改变其分子吸收和反射光线的方式。

来自你的台灯的白光包含了彩虹的颜色,即使你看不见它们——不使用棱镜,也就是说。你的红色椅子表面看起来是红色的,因为在分子水平上,它吸收了除了红色以外的所有颜色,这些颜色被反射并最终到达你的眼睛。

如果你改变椅子染料的分子结构,让它反射蓝光而不是红光,椅子的颜色就会从红色变成蓝色。秘密就在于染料中碳原子的数量以及它们是如何相互连接的。

通过改变分子化合物的结构,你可以改变颜色。埃里克·雷特·巴斯托斯,CC BY-SA
通过改变分子化合物的结构,你可以改变颜色。资料来源:Erick Leite Bastos, CC BY-SA

甜菜产生一种叫做甜菜素的化合物,它是天然色素和抗氧化剂。betalains的化学结构可以被修改以产生几乎任何颜色。我们意识到如果我们增加betalain分子中交替的单键和双键的数量,我们可以把它们的颜色从橙色或品红变成蓝色。

要使蓝色染料具有足够的强度和光牢度是困难的,因为它必须有效地吸收黄色和橙色的光。解决这个问题需要大量的分子调整。

我的实验室已经研究甜菜10多年,了解甜菜在自然界中的作用和独特的化学特性,所以生产甜菜蓝只需要一个实验。(不过,优化过程花了两年多时间。)

我们用pH值为11的碱性水来分解betalain分子。然后我们将得到的化合物,称为倍他拉酸,与一种商业化合物,称为2,4-二甲基吡咯,在一个开放的容器中室温混合。甜菜蓝几乎是瞬间形成的。

甜菜蓝是在室温烧杯中产生的。

因为我们把甜菜蓝特有的碳-氮化学键变成了碳-碳键,所以甜菜蓝是一种新的伪天然染料,我们称之为准甜菜蓝。

给你的生活涂上蓝色

甜菜蓝的化学合成既快又简单。事实上,它是如此简单,任何人都可以做到,如果所有的化学物质都是可用的。

甜菜蓝在水和其他溶剂中很容易溶解,在酸性和中性溶液中保持其颜色,可以作为昂贵的蓝色着色剂的替代品含有有毒金属,这限制了它们的应用范围。

活斑马鱼胚胎和培养的人类细胞不受甜菜蓝的影响。虽然还需要更多的实验来确保它对人类的食用是安全的,但也许你可以在未来用甜菜制成的染料染头发、定制衣服或给食物上色。

这项工作表明了基础科学对技术应用发展的重要性。我们没有申请甜菜蓝的专利。我们希望人们能够自由地使用它,理解它,以一种不同的、可持续的方式与自然互动,未来将是光明的。

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