Хромофор - Chromophore

Осенью листья меняют цвет, потому что их хромофоры (хлорофилл молекулы) распадаются и перестают поглощать красный и синий свет.^[1]

А хромофор является частью молекула отвечает за его цвет.^[2]Цвет, который видят наши глаза, не тот, поглощен в пределах определенного длина волны спектр видимый свет. Хромофор - это область в молекуле, где разность энергий между двумя отдельными молекулярные орбитали попадает в диапазон видимого спектра. Таким образом, видимый свет, попадающий на хромофор, может быть поглощен путем возбуждения электрон из его основное состояние в возбужденное состояние. В биологических молекулах, которые служат для захвата или обнаружения световой энергии, хромофор - это часть что вызывает конформационное изменение молекулы при попадании света.

Здоровые растения воспринимаются как зеленые, потому что хлорофилл поглощает в основном синие и красные волны и отражает зеленый цвет.

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

Хромофоры с конъюгированной системой пи-связей

В порфирин части в наших эритроцитах, основная функция которых заключается в связывании атомов железа, которые захватывают кислород, в результате гем хромофоры, придающие крови человека красный цвет. Гем разлагается организмом на биливердин (что придает брюкам сине-зеленый цвет), который, в свою очередь, распадается на билирубин (что дает пациентам с желтуха желтый оттенок кожи).

в человеческий глаз, молекула сетчатка это конъюгированный хромофор. Сетчатка начинается в конформации 11-цис-сетчатки, которая после захвата фотон γ (свет) правильной длины волны выпрямляется в полностью трансретинальный конформация. Это изменение конформации отталкивает опсин белок в сетчатка, который запускает каскад химических сигналов, который может привести к восприятие света или изображений человеческого мозга.

Точно так же, как две соседние p-орбитали в молекуле образуют пи-связь, три или более соседних p-орбиталей в молекуле могут образовывать сопряженная пи-система. В сопряженной пи-системе электроны могут захватывать определенные фотоны, когда электроны резонируют на определенном расстоянии p-орбиталей - аналогично тому, как радиоантенна обнаруживает 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 являются синими или зелеными, обычно не зависят только от конъюгированных двойных связей»).^[3]

в сопряженный хромофоры, электроны прыгают между уровнями энергии которые расширены пи-орбитали, созданный серией чередующихся одинарные и двойные связи, часто в ароматный системы. Общие примеры включают сетчатка (используется в глазах для обнаружения света), различные пищевые красители, ткань красители (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 продление сопряженная система с большим количеством ненасыщенных (кратных) связей в молекуле будет иметь тенденцию сдвигать поглощение в сторону более длинных волн. Правила Вудворда – Физера можно использовать для приближения ультрафиолетовый - длина волны видимого максимума поглощения в органических соединениях с сопряженными системами пи-связей.

Некоторые из них представляют собой хромофоры, являющиеся комплексными металлами, которые содержат металл в координационный комплекс с лигандами. Примеры хлорофилл, который используется растениями для фотосинтеза и гемоглобин, переносчик кислорода в крови позвоночных животных. В этих двух примерах металл образует комплекс в центре тетрапиррол макроцикл кольцо: металл, железо в гемовая группа (утюг в порфирин кольцо) гемоглобина или магния в комплексе хлорин -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.^[4]^[5]^[6] 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

An ауксохром представляет собой функциональную группу атомов, присоединенную к хромофору, которая изменяет способность хромофора поглощать свет, изменяя длину волны или интенсивность поглощения.

Галохромизм

Галохромизм происходит, когда вещество меняет цвет, когда pH изменения. Это свойство индикаторы pH, чей молекулярная структура изменяется при определенных изменениях окружающего pH. Это изменение структуры влияет на хромофор в молекуле индикатора pH. Например, фенолфталеин представляет собой индикатор pH, структура которого изменяется при изменении pH, как показано в следующей таблице:

Структура
pH	0-8.2	8.2-12
Условия	кислый или почти нейтральный	базовый
Название цвета	бесцветный	розовый до фуксия
Цвет

В диапазоне pH около 0-8 молекула имеет три ароматические кольца все связаны с четырехгранный зр³ гибридизированный атом 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 по мере увеличения pH выше 8,2 этот центральный углерод становится частью двойной связи, превращаясь в sp.² гибридизуются и оставляют p-орбиталь, чтобы перекрываться с π-связью в кольцах. Это заставляет три кольца соединяться вместе, образуя удлиненный хромофор, поглощающий более длинноволновый видимый свет, чтобы показать цвет фуксии.^[7] В диапазоне pH за пределами 0–12 другие изменения молекулярной структуры приводят к другим изменениям цвета; видеть Фенолфталеин Детали.

Общие длины волн поглощения хромофора

Функциональная группа или соединение	Длина волны поглощения
Бромфеноловый синий (желтая форма)	591 нм ^[8]

Смотрите также

внешняя ссылка

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

[1] Кройтлер, Бернхард (26 февраля 2016 г.). «Распад хлорофилла у высших растений - филлобилины как обильные, но едва заметные признаки созревания, старения и гибели клеток». Энгью. Chem. Int. Эд. 4882 (55): 4882–4907. Дои:10.1002 / anie.201508928. ЧВК 4950323. PMID 26919572.

[2] Золотая книга ИЮПАК Хромофор

[3] Липтон, Марк (31 января 2017 г.). «Глава 1. Электронная структура и химическая связь». Purdue: Chem 26505: органическая химия I (Lipton) (Под ред. LibreTexts). Университет Пердью.

[4] 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

[5] Шеер, Х. (2006) Обзор хлорофиллов и бактериохлорофиллов: биохимия, биофизика, функции и приложения. Достижения в области фотосинтеза и дыхания, том 25, стр 1-26

[6] Шепли П. (2012) Поглощение света органическими молекулами. http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/GenChem2/B2/1.html

[7] УФ-видимые спектры поглощения

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

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]