Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Осенью листья меняют цвет, потому что их хромофоры ( молекулы хлорофилла ) разрушаются и перестают поглощать красный и синий свет. [1]

Хромофора является частью молекулы , ответственной за ее цвет . [2] Цвет, который видят наши глаза, не поглощается в пределах определенного спектра длин волн видимого света . Хромофор - это область в молекуле, где разница энергий между двумя отдельными молекулярными орбиталями попадает в диапазон видимого спектра. Таким образом, видимый свет, попадающий на хромофор, может быть поглощен путем возбуждения электрона из его основного состояния в возбужденное состояние.. В биологических молекулах, которые служат для захвата или обнаружения световой энергии, хромофор - это фрагмент, который вызывает конформационное изменение молекулы при попадании света.

Здоровые растения воспринимаются как зеленые, потому что хлорофилл поглощает в основном синие и красные волны, но зеленый свет, отражаемый структурами растений, такими как стенки клеток, поглощается меньше. [3]
Одиннадцать сопряженных двойных связей, образующих хромофор молекулы β-каротина , выделены красным.

Хромофоры с конъюгированной системой пи-связей [ править ]

В порфирина фрагменты в наших красных кровяных клеток, основной функцией которых является связывания атомов железа , которые захвата кислорода, приводят к гема хромофоров , которые дают крови человека свой красный цвет. Гем расщепляется организмом на биливердин (который придает коже сине-зеленый цвет), который, в свою очередь, распадается на билирубин (который придает желтухе пациентам желтый оттенок кожи).
В человеческом глазу молекула сетчатки представляет собой конъюгированный хромофор . Сетчатка начинается с конформации 11-цис-сетчатки, которая после улавливания фотона γ (света) с правильной длиной волны распрямляется в конформацию, полностью транс-ретинальную . Это изменение конформации отталкивает белок опсин в сетчатке , который запускает каскад химических сигналов, который может привести к восприятию света или изображений человеческим мозгом.

Подобно тому, как две соседние p-орбитали в молекуле образуют пи-связь , три или более соседних p-орбитали в молекуле могут образовывать сопряженную пи-систему . В сопряженной пи-системе электроны могут захватывать определенные фотоны, поскольку электроны резонируют на определенном расстоянии p-орбиталей - подобно тому, как радиоантеннаобнаруживает фотоны по всей своей длине. Как правило, чем более сопряжена (длиннее) пи-система, тем больше длина волны фотона может быть захвачена. Другими словами, с каждой добавленной смежной двойной связью, которую мы видим на диаграмме молекулы, мы можем предсказать, что система будет все больше казаться желтой для наших глаз, поскольку она с меньшей вероятностью будет поглощать желтый свет и с большей вероятностью будет поглощать красный свет. («Конъюгированные системы из менее чем восьми конъюгированных двойных связей поглощают только в ультрафиолетовой области и бесцветны для человеческого глаза», «Соединения, которые имеют синий или зеленый цвет, обычно не зависят только от конъюгированных двойных связей») [4].

В сопряженных хромофорах электроны прыгают между энергетическими уровнями, которые представляют собой протяженные пи-орбитали , созданные серией чередующихся одинарных и двойных связей , часто в ароматических системах. Общие примеры включают сетчатку (используется в глазах для обнаружения света), различные пищевые красители , красители для тканей ( азосоединения ), индикаторы pH , ликопин , β-каротин и антоцианы.. Различные факторы в структуре хромофора определяют, в какой области длин волн в спектре хромофор будет поглощать. Удлинение или удлинение сопряженной системы с большим количеством ненасыщенных (кратных) связей в молекуле будет иметь тенденцию сдвигать поглощение в сторону более длинных волн. Правила Вудворда-Физера могут использоваться для аппроксимации видимой в ультрафиолетовой области длины волны максимума поглощения в органических соединениях с сопряженными системами пи-связей.

Некоторые из них представляют собой хромофоры, являющиеся комплексными металлами, которые содержат металл в координационном комплексе с лигандами. Примерами являются хлорофилл , который используется растениями для фотосинтеза, и гемоглобин , переносчик кислорода в крови позвоночных животных. В этих двух примерах металл образует комплекс в центре кольца тетрапиррольного макроцикла : металл представляет собой железо в гемовой группе (железо в порфириновом кольце) гемоглобина или магний в комплексе с хлорином.-типа кольцо в случае хлорофилла. Сильно сопряженная пи-связующая система кольца макроцикла поглощает видимый свет. Природа центрального металла также может влиять на спектр поглощения комплекса металл-макроцикл или на такие свойства, как время жизни в возбужденном состоянии. [5] [6] [7] Тетрапиррольный фрагмент в органических соединениях, который не является макроциклическим, но все же имеет сопряженную систему пи-связей, все еще действует как хромофор. Примеры таких соединений включают билирубин и уробилин , которые имеют желтый цвет.

Ауксохром [ править ]

Auxochrome представляет собой функциональная группа атомов , присоединенных к хромофору , который изменяет способность хромофора поглощать свет, изменяя длину волны или интенсивность поглощения.

Галохромизм [ править ]

Галохромизм возникает, когда вещество меняет цвет при изменении pH . Это свойство индикаторов pH , молекулярная структура которых изменяется при определенных изменениях окружающего pH. Это изменение структуры влияет на хромофор в молекуле индикатора pH. Например, фенолфталеин является индикатором pH, структура которого изменяется при изменении pH, как показано в следующей таблице:

Структура
pH0-8,28,2–12
Условиякислый или почти нейтральныйбазовый
Название цветабесцветныйот розового до фуксии
Цвет

В интервале pH примерно 0-8 молекула имеет три ароматических кольца, все связанные с тетраэдрическим sp 3 -гибридизированным атомом углерода в середине, что не делает π-связи в ароматических кольцах сопряженными. Из-за своей ограниченной протяженности ароматические кольца поглощают свет только в ультрафиолетовой области, поэтому соединение кажется бесцветным в диапазоне pH 0-8. Однако, когда pH увеличивается выше 8,2, этот центральный углерод становится частью двойной связи, становясь sp 2- гибридизованным и оставляя апорбиталь, чтобы перекрываться с π-связью в кольцах. Это заставляет три кольца соединяться вместе, образуя удлиненный хромофор, поглощающий более длинноволновый видимый свет, показывая цвет фуксии. [8] В диапазоне pH за пределами 0-12 другие изменения молекулярной структуры приводят к другим изменениям цвета; см. подробности о фенолфталеине .

Общие длины волн поглощения хромофора [ править ]

Функциональная группа или соединениеДлина волны поглощения
Бромфеноловый синий (желтая форма)591 нм [9]


См. Также [ править ]

  • Визуальная фототрансдукция
  • Правила Вудворда
  • Хроматофор
  • Пигмент
  • Фотофор , железистый орган
  • Флуорофор
  • Лакмус
  • Биологический пигмент
  • Спектроскопия

Ссылки [ править ]

  1. ^ Kräutler, Бернхард (26 февраля 2016). «Распад хлорофилла в высших растениях - филлобилины как обильные, но едва заметные признаки созревания, старения и гибели клеток» . Энгью. Chem. Int. Эд . 4882 (55): 4882–4907. DOI : 10.1002 / anie.201508928 . PMC  4950323 . PMID  26919572 .
  2. ^ Хромофор Золотой книги ИЮПАК
  3. ^ Виртанен, Олли; Константиниду, Эмануэлла; Tyystjärvi, Esa (2020). «Хлорофилл не отражает зеленый свет - как исправить заблуждение» . Журнал биологического образования : 1–8. DOI : 10.1080 / 00219266.2020.1858930 .
  4. Рианна Липтон, Марк (31 января 2017 г.). «Глава 1. Электронная структура и химическая связь» . Purdue: Chem 26505: Organic Chemistry I (Lipton) (изд. LibreTexts). Университет Пердью.
  5. ^ Гоутерман, М. (1978) Оптические спектры и электронная структура порфиринов и родственных колец. В Дельфине, Д. (ред.) Порфирины. Academic Press, Нью-Йорк. Том III, Часть A, стр. 1-165
  6. ^ Шеер, Х. (2006) Обзор хлорофиллов и бактериохлорофиллов: биохимия, биофизика, функции и приложения. Достижения в области фотосинтеза и дыхания, том 25, стр 1-26
  7. ^ Шепли, П. (2012) Поглощение света органическими молекулами. http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/GenChem2/B2/1.html
  8. ^ УФ-видимые спектры поглощения
  9. ^ Харрис, К. Дэниэл (2016). Количественный химический анализ (9 изд.). Нью-Йорк: Фриман. п. 437. ISBN. 9781464135385.

Внешние ссылки [ править ]

  • Причины цвета : физические механизмы, с помощью которых создается цвет.
  • Высокоскоростная наноразмерная электроника может быть возможна с хромофорами - Azonano.com