хромофор

Хромофор , — это молекула которая поглощает свет определенной длины волны и излучает цвет в результате . По этой причине хромофоры обычно называют окрашенными молекулами . Это слово происходит от древнегреческого χρῶμᾰ (цветность) «цвет» и -φόρος (форос) «носитель». Многие молекулы в природе являются хромофорами, в том числе хлорофилл — молекула, отвечающая за зеленый цвет листьев .Цвет, который видят наши глаза, — это цвет света, не поглощаемого отражающим объектом в пределах определенного длин волн спектра видимого света . Хромофор указывает на область в молекуле, где разница энергий между двумя отдельными молекулярными орбиталями попадает в диапазон видимого спектра (или, в неофициальном контексте, исследуемого спектра). Таким образом, видимый свет, попадающий на хромофор, может быть поглощен путем перевода электрона из основного состояния в возбужденное . В биологических молекулах, которые служат для захвата или обнаружения энергии света, хромофор — это фрагмент , вызывающий конформационное изменение молекулы под воздействием света.

Одиннадцать сопряженных двойных связей, образующих хромофор молекулы β-каротина, выделены красным.

пи-связей сопряженной системы Хромофоры

В глазах млекопитающих молекула *ретиналя* представляет собой **конъюгированный хромофор** . *Сетчатка* начинается с 11-цис-ретиналя, который при захвате фотона γ (света) правильной длины волны выпрямляется в полностью транс-ретиналь , который противодействует белку опсина в сетчатке , что запускает химический сигнальный каскад, который приводит к в восприятии света или изображений мозгом.

Точно так же, как две соседние p-орбитали в молекуле образуют пи-связь , три или более соседних p-орбиталей в молекуле могут образовывать сопряженную пи-систему . В сопряженной пи-системе электроны способны захватывать определенные фотоны, поскольку электроны резонируют на определенном расстоянии от p-орбиталей — аналогично тому, как радиоантенна обнаруживает фотоны по своей длине. Как правило, чем более сопряженной (длинной) является пи-система, тем большую длину волны фотона можно захватить. Другими словами, с каждой добавленной соседней двойной связью, которую мы видим на диаграмме молекулы, мы можем предсказать, что система будет постепенно казаться нашим глазам желтой, поскольку она с меньшей вероятностью будет поглощать желтый свет и с большей вероятностью будет поглощать красный свет. («Сопряженные системы с менее чем восемью сопряженными двойными связями поглощают только ультрафиолетовую область и бесцветны для человеческого глаза», «Соединения синего или зеленого цвета обычно не основаны только на сопряженных двойных связях».) ^[3]

В сопряженных хромофоре электроны перепрыгивают между энергетическими уровнями , которые представляют собой расширенные пи-орбитали , созданные электронными облаками, подобными облакам в ароматических системах. Общие примеры включают ретиналь (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 влияют на определение того, в какой области длин волн спектра хромофор будет поглощать. Удлинение или расширение сопряженной системы с большим количеством ненасыщенных (множественных) связей в молекуле будет иметь тенденцию смещать поглощение в сторону более длинных волн. Правила Вудворда-Физера можно использовать для аппроксимации максимальной длины волны поглощения ультрафиолетовой и видимой областей в органических соединениях с сопряженными системами пи-связей. ^{[ нужна ссылка ]}

Некоторые из них представляют собой металлокомплексные хромофоры, 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 тетрапиррольного макроциклического кольца : металл представляет собой железо в гемовой группе (железо в порфириновом кольце) гемоглобина или комплекс магния с кольцом хлоринового типа в случае хлорофилла. . Высокосопряженная система пи-связей макроциклического кольца 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. ^[4]^[5]^[6] Тетрапиррольный фрагмент в органических соединениях, который не является макроциклическим, но все же имеет сопряженную систему пи-связей, по-прежнему действует как хромофор. Примеры таких соединений включают билирубин и уробилин , которые имеют желтый цвет.

Ауксохром [ править ]

Ауксохром — это функциональная группа атомов , прикрепленная к хромофору, которая 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 меняется при определенных изменениях pH окружающей среды. Это изменение структуры влияет на хромофор в молекуле индикатора pH. Например, фенолфталеин является индикатором pH, структура которого меняется при изменении pH, как показано в следующей таблице:

Структура
рН	0-8.2	8.2-12
Условия	кислый или почти нейтральный	базовый
Название цвета	бесцветный	от розового до фуксии
Цвет

В диапазоне pH около 0–8 молекула имеет три ароматических кольца , связанных с тетраэдрическим sp. ³ гибридизованный атом углерода в середине, который не приводит к сопряжению π-связи в ароматических кольцах. 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 превышает 8,2, этот центральный углерод становится частью двойной связи, превращаясь в sp. ² гибридизуются и оставляют ар-орбиталь перекрываться с π-связью в кольцах. Это заставляет три кольца соединяться вместе, образуя расширенный хромофор, поглощающий более длинноволновый видимый свет и проявляющий цвет фуксии. ^[7] В диапазоне pH за пределами 0–12 другие изменения молекулярной структуры приводят к другим изменениям цвета; см. подробности о Фенолфталеине .

волн поглощения Распространенные длины хромофора

Функциональная группа или соединение	Длина волны поглощения
Бромфеноловый синий (желтая форма)	591 нм ^[8]
Малахитовый зеленый	617 нм ^[9]
Цианидин	545 нм ^{[ нужна ссылка ]}
β-каротин	452 нм ^{[ нужна ссылка ]}

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Кройтлер, Бернхард (26 февраля 2016 г.). «Распад хлорофилла в высших растениях - филлобилины как обильные, но едва видимые признаки созревания, старения и гибели клеток» . Энджью. хим. Межд. Эд . 4882 (55): 4882–4907. дои : 10.1002/anie.201508928 . ПМЦ 4950323 . ПМИД 26919572 .
^ Виртанен, Олли; Константиниду, Эмануэлла; Тюстъярви, Эса (2020). «Хлорофилл не отражает зеленый свет – как исправить заблуждение» . Журнал биологического образования . 56 (5): 1–8. дои : 10.1080/00219266.2020.1858930 .
^ Липтон, Марк (31 января 2017 г.). «Глава 1: Электронная структура и химическая связь, Глава 1.10: Пи-сопряжение» . Purdue: Chem 26505: Органическая химия I (Липтон), издание LibreTexts . Университет Пердью.
^ Гоутерман, Мартин (2012). «Оптические спектры и электронная структура порфиринов и родственных колец» . В «Дельфине», Дэвид (ред.). Порфирины V3 . Физическая химия, Часть А. Эльзевир. стр. 1–165. дои : 10.1016/B978-0-12-220103-5.50008-8 . ISBN 978-0-323-14390-5 . НАИД 10005456738 .
^ Шеер, Хьюго (2006). «Обзор хлорофиллов и бактериохлорофиллов: биохимия, биофизика, функции и применение». Хлорофиллы и бактериохлорофиллы . Достижения в области фотосинтеза и дыхания. Том. 25. стр. 1–26. дои : 10.1007/1-4020-4516-6_1 . ISBN 978-1-4020-4515-8 .
^ Шепли, Патрисия (2012). «Поглощение света органическими молекулами» . Архивировано из оригинала 21 июня 2013 г. Проверено 14 декабря 2012 г.
^ Кларк, Джим (май 2016 г.). «Спектры поглощения УФ-видимой области» . chemguide.co.uk .
^ Харрис, К. Дэниел (2016). Количественный химический анализ (9-е изд.). Нью-Йорк: Фриман. п. 437. ИСБН 9781464135385 .
^ Претч, Эрнё. (1989). Таблицы спектральных данных для определения строения органических соединений . Томас Клерк, Джозеф Зайбл, Вильгельм Симон (второе изд.). Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-662-10207-7 . OCLC 851381738 .

Внешние ссылки [ править ]

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

[1] Кройтлер, Бернхард (26 февраля 2016 г.). «Распад хлорофилла в высших растениях - филлобилины как обильные, но едва видимые признаки созревания, старения и гибели клеток» . Энджью. хим. Межд. Эд . 4882 (55): 4882–4907. дои : 10.1002/anie.201508928 . ПМЦ 4950323 . ПМИД 26919572 .

[JBE-2] Виртанен, Олли; Константиниду, Эмануэлла; Тюстъярви, Эса (2020). «Хлорофилл не отражает зеленый свет – как исправить заблуждение» . Журнал биологического образования . 56 (5): 1–8. дои : 10.1080/00219266.2020.1858930 .

[3] Липтон, Марк (31 января 2017 г.). «Глава 1: Электронная структура и химическая связь, Глава 1.10: Пи-сопряжение» . Purdue: Chem 26505: Органическая химия I (Липтон), издание LibreTexts . Университет Пердью.

[4] Гоутерман, Мартин (2012). «Оптические спектры и электронная структура порфиринов и родственных колец» . В «Дельфине», Дэвид (ред.). Порфирины V3 . Физическая химия, Часть А. Эльзевир. стр. 1–165. дои : 10.1016/B978-0-12-220103-5.50008-8 . ISBN 978-0-323-14390-5 . НАИД 10005456738 .

[5] Шеер, Хьюго (2006). «Обзор хлорофиллов и бактериохлорофиллов: биохимия, биофизика, функции и применение». Хлорофиллы и бактериохлорофиллы . Достижения в области фотосинтеза и дыхания. Том. 25. стр. 1–26. дои : 10.1007/1-4020-4516-6_1 . ISBN 978-1-4020-4515-8 .

[6] Шепли, Патрисия (2012). «Поглощение света органическими молекулами» . Архивировано из оригинала 21 июня 2013 г. Проверено 14 декабря 2012 г.

[7] Кларк, Джим (май 2016 г.). «Спектры поглощения УФ-видимой области» . chemguide.co.uk .

[8] Харрис, К. Дэниел (2016). Количественный химический анализ (9-е изд.). Нью-Йорк: Фриман. п. 437. ИСБН 9781464135385 .

[9] Претч, Эрнё. (1989). Таблицы спектральных данных для определения строения органических соединений . Томас Клерк, Джозеф Зайбл, Вильгельм Симон (второе изд.). Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-662-10207-7 . OCLC 851381738 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]