Синглетный кислород

Сингле́тный кислоро́д — общее название для двух

.

Строение молекулы

Молекулярный кислород отличается от большинства молекул наличием триплетного основного состояния, O₂(X³Σ_g⁻). Теория молекулярных орбиталей предсказывает три низколежащих возбуждённых синглетных состояния O₂(a¹Δ_g), O₂(a′¹Δ′_g) и O₂(b¹Σ_g⁺) (номенклатура объясняется в статье Символы молекулярных термов^[англ.]). Эти электронные состояния отличаются только спином и занятостью вырожденных разрыхляющих π_g-орбиталей. Состояния O₂(a¹Δ_g) и O₂(a′¹Δ′_g) — вырождены. Состояние O₂(b¹Σ_g⁺) — очень короткоживущее и быстро релаксирующее в более низколежащее возбуждённое состояние O₂(a¹Δ_g). Поэтому обычно именно O₂(a¹Δ_g) называют синглетным кислородом.

Разница энергий между основным состоянием и синглетным кислородом составляет 94,2 кДж/моль (0,98 эВ на молекулу) и соответствует переходу в близком

. Поэтому прямое возбуждение кислорода в основном состоянии светом для образования синглетного кислорода крайне маловероятно, хотя и возможно. Как следствие, синглетный кислород в газовой фазе экстремально долгоживущий (период полураспада состояния при нормальных условиях — 72 минуты). Взаимодействия с растворителями, однако, уменьшают время жизни до микросекунд или даже до наносекунд.

Химические свойства

.

Прямое определение синглетного кислорода возможно по его очень слабой

так называемых димолей синглетного кислорода (одновременная эмиссия двух молекул синглетного кислорода при столкновениях) как красное свечение при 634 нм.

Молекулы хлорофилла способны под действием света эффективно образовывать триплетное возбужденное состояние хлорофилла и таким путём сенсибилизировать образование синглетного кислорода. Полагают, что одна из функций полиенов, в первую очередь, каротиноидов, в фотосинтетических системах — предотвращать повреждения, вызываемые образованием синглетного кислорода, путём диссипации избыточной световой энергии, попадающей на фотосинтетические компоненты клеток, путём дезактивации возбужденных молекул хлорофилла в триплетном состоянии, либо путём прямого тушения молекул синглетного кислорода. Существует гипотеза, что синглетный кислород образуется при действии ионизирующего излучения.

В биологии млекопитающих синглетный кислород рассматривают как одну из особых форм активного кислорода. В частности, эту форму связывают с окислением холестерина и развитием сердечно-сосудистых изменений. Антиоксиданты на основе полифенолов и ряд других могут снижать концентрацию активных форм кислорода и предотвращать такие эффекты.

Наиболее интригующими оказались недавние заключения европейских исследователей о том, что молекулы синглетного кислорода могут оказаться важнейшими регуляторами клеточной жизнедеятельности, существенно определяющими механизм инициации апоптоза [Vargas F., 2007].

• Mulliken, R.S. Interpretation of the atmospheric oxygen bands; electronic levels of the oxygen molecule. Nature, 1928, Vol. 122, P. 505.
• Schweitzer, C.; Schmidt, R. Physical Mechanisms of Generation and Deactivation of Singlet Oxygen. Chemical Reviews^[англ.], 2003, Vol. 103(5), P. 1685—1757. DOI: 10.1021/cr010371d
• Gerald Karp. Cell and Molecular Cell Biology concepts and experiments. Fourth Edition, 2005, P. 223.
• http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7782447&Units=SI&Mask=1000#Diatomic
• David R. Kearns. Physical and chemical properties of singlet molecular oxygen. Chemical Reviews^[англ.], 1971, 71(4), 395—427. DOI: 10.1021/cr60272a004
• Krasnovsky, A.A., Jr. Singlet Molecular Oxygen in Photobiochemical Systems: IR Phosphorescence Studies. Membr. Cell Biology, 1998, 12(5), 665—690.
• Vargas F., Zoltan T., Rivas C. and Salazar F. Photoinduced Apoptosis by Photosensitizer Drugs. In: Frontiers in Cell Apoptosis Research. Edit. by Erlich S.R. 2007. Nova Sci. Publ., Inc., pp. 173—185.[1]