ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ФОТОХИМИЯ. МЕХАНИЗМ ЗРЕНИЯ И ПРИРОДА ЦВЕТА из "Органическая химия Том1" Секреты зрения впервые были разгаданы Д. Уальдом. Его работа была начата в Берлине, а завершена в Гарварде в 1933 г. Было установлено, что в основе зрения лежит типичная фотохимическая реакция. [c.374] Фотохимические реакции чрезвьгаайно распространены в превращениях органических веществ. В основе фотохимической реакции лежит переход молекулы за счет поглощения кванта света из основного состояния в более богатое энергией возбужденное состояние. В возбужденном состоянии молекула находится недолго уже через 10 -10 с она возвращается в основное состояние. Этот возврат сопровождается рассеиванием энергии возбужденного состояния и соответствующими превращениями. Электронная энергия возбужденного состояния переходит, в частности, в колебательную энергию, что вызьшает разрывы ковалентных связей и связанные с ними процессы перегруппировки и изомеризации, образование свободных радикалов и т. д. [c.374] Один из фотоинициируемых процессов - взаимопревращения геометрических изомеров, например транс-стильбена в цмс-изомер. [c.374] Аналогичный процесс лежит в основе зрительных ощущений человека. В обобщенном виде речь идет в зрительном процессе о следующей последовательности химических превращений. [c.374] Р-Каротин, представляющий собой тетратерпен Q (необозначенные заместители - метильные группы) растительного происхождения и попадающий в организм человека с пищей, расщепляется в физиологических условиях с образованием ретинола (витамин А). [c.374] При окислении ретинола образуется полиненасыщенный альдегид транс-ретиналь. [c.376] Перевод транс-ретиналя в (ис-ретиналь происходит под действием фермента ретиналь-изомеразы. / с-Ретиналь, находящийся в организме в виде имина белка, называемого опсином, входит в состав родопсина. Родопсин содержится в палочках сетчатки глаза и ответствен за возбуждение зрительного нерва под действием света. [c.376] При попадании света в глаз фрагмент г ис-иминоретиналя претерпевает цис,транс-изомеризацию относительно двойной связи =0 . Это приводит к выпрямлению молекулы ретиналя, а тем самым и к изменению формы родопсина. Геометрические изменения белка вызывают целый ряд биохимических реакций. В частности, при этом открывается путь ионам кальция Са , ответственным за передачу соответствующих нервных импульсов в мозг. [c.376] Тем временем родопсин подвергается гидролизу с выделением свободного транс-ретиналя. Превращение транс-ретиналя в цис-форму, как отмечено выше, происходит под действием фермента ретиналь-изомеразы. Регенерируется структура родопсина. Глаз становится готовым к восприятию новых зрительных образов. [c.376] Поскольку родопсин имеет красный цвет, человеческий глаз способен наблюдать световые лучи в широкой области видимого спектра. Как показали тщательные измерения, кривая чувствительности человеческого глаза к свету практически совпадает с кривой поглощения родопсина. [c.376] Мы познакомились с одним из примеров биологической активности полиенов, образующих группу каротиноидов. Следует отметить важность и других представителей этой группы полиненасыщенных соединений. Их изучение было отмечено двумя Нобелевскими премиями П. Каррер (1937 г.) и Р. Кун (193Я г.). [c.376] Эти соединения поглощают УФ-лучи в области 280-320 нм и рассеивают поглощенную энергию в виде тепла. [c.376] Некоторые диены предложены для консервации солнечной энергии в химических связях. Одна из перспективных для этой цели реакций показана ниже. [c.376] Облучение норборнадиена солнечным светом вызывает его изомеризацию до квадрициклана. Такая изомеризация сопровождается значительным повышением внутренней энергии молекулы. Эта избыточная энергия в определенных условиях может быть возвраш ена и использована при обратном превращении квадрициклана до норборнадиена. Интересно, что способность указанной системы запасать энергию характеризуется значительной величиной - -1207 Дж/г. Отметим для сравнения, что 1 г воды при нагревании до 50 °С запасает 200 Дж, а 1 г камня - лишь 40 Дж. [c.377] Показанный выше механизм зрения подводит нас к необходимости обсудить природу поглощения света. Почему многие органические соединения окрашены Почему одни из них имеют желтый цвет, другие - красный, а третьи - глубокий синий цвет Ответы на эти вопросы становятся понятными в рамках теории молекулярных орбиталей. [c.377] Как показано в разд. 7.4, сопряжение двух С=С-связей в 1,3-бутадиене ведет к заметному сближению граничных электронных уровней в молекуле. Эта закономерность сохраняется при дальнейшем увеличении числа сопряженных связей, что следует, в частности, из диаграммы (рис. 7.4). [c.377] Чем ближе граничные электронные уровни (Ае) в молекуле органического соединения, тем в более длинноволновой области видимого спектра (v) оно поглощает свет. [c.378] Об этом говорят данные табл. 7.1 и следующие ниже примеры. [c.378] Значительное число окрашенных полиенов выделено из природных источников. Например, причиной оранжевого цвета моркови является присутствие в ней р-каротина. Максимум поглощения Р-каротина находится при 497 нм. [c.378] Вернуться к основной статье