Singlet syre är ett allmänt namn för två metastabila tillstånd av molekylärt syre (O 2 ) med högre energi än i marken, tripletttillstånd . Energiskillnaden mellan den lägsta energin av O 2 i singletttillståndet och den lägsta energin i tripletttillståndet är cirka 11400 kelvin ( T e ( a 1 Δ g ← X 3 Σ g − ) = 7918,1 cm −1 ), eller 0,98 eV . Öppnad av H. Kautsky .
Molekylärt syre skiljer sig från de flesta molekyler genom att ha ett triplettgrundtillstånd, O 2 ( X 3 Σ g − ). Molecular orbital theory förutsäger tre lågt liggande exciterade singletttillstånd O 2 ( a 1 ∆ g ), O 2 ( a′ 1 ∆′ g ) och O 2 ( b 1 ∑ g + nomenklaturen förklaras i artikeln Molecular Termer Symboler ). Dessa elektroniska tillstånd skiljer sig endast i spinn och beläggning av de degenererade antibindande π g orbitalen. Tillstånden O 2 ( a 1 ∆ g ) och O 2 ( a′ 1 ∆′ g ) är degenererade . Tillståndet O 2 ( b 1 Σ g + ) är mycket kortlivat och slappnar snabbt av till ett lägre liggande exciterat tillstånd O 2 ( a 1 Δ g ). Därför är det vanligtvis O 2 ( a 1 Δ g ) som kallas singletsyre.
Energiskillnaden mellan grundtillståndet och singlettsyre är 94,2 kJ/mol (0,98 eV per molekyl) och motsvarar en övergång i det nära IR- området (ca 1270 nm). I en isolerad molekyl är övergången förbjuden enligt urvalsreglerna : spinn, symmetri och paritet . Därför är direkt excitation av syre i grundtillståndet av ljus för bildning av singlettsyre extremt osannolikt, även om det är möjligt. Som en konsekvens är singletsyre i gasfasen extremt långlivad (halveringstiden för tillståndet under normala förhållanden är 72 minuter). Interaktioner med lösningsmedel reducerar dock livslängden till mikrosekunder eller till och med nanosekunder.
Kemin hos singletsyre skiljer sig från syre i grundtillståndet. Singletsyre kan delta i komplexa organiska reaktioner, såsom Diels-Alder och ene-reaktioner. Det kan genereras i fotoexciterade energiöverföringsprocesser från färgade molekyler som metylenblått eller porfyriner , eller i kemiska processer som spontant sönderfall av vätetrioxid i vatten eller i reaktionen av väteperoxid med hypoklorit . Singlet syre är den huvudsakliga aktiva komponenten i fotodynamisk terapi .
Direkt bestämning av singlettsyre är möjlig genom dess mycket svaga fosforescens vid 1270 nm, som inte är synlig för ögat. Vid höga koncentrationer av singlettsyre kan dock fluorescens av så kallade singletsyredimoler (samtidig emission av två singlettsyremolekyler vid kollisioner) observeras som ett rött sken vid 634 nm.
Klorofyllmolekyler kan effektivt bilda ett triplettexciterat klorofylltillstånd under inverkan av ljus och på så sätt sensibilisera bildandet av singlettsyre. Man tror att en av funktionerna hos polyener, i första hand karotenoider , i fotosyntetiska system är att förhindra skador orsakade av bildandet av singlettsyre, genom att skingra överflödig ljusenergi som kommer in i cellernas fotosyntetiska komponenter, genom att deaktivera exciterade klorofyllmolekyler i tripletten. tillstånd eller genom direkt släckning av singlettsyremolekyler.
Också beaktas är teorin att singlett syre produceras genom verkan av joniserande strålning .
Inom däggdjursbiologi anses singletsyre som en av de speciella formerna av aktivt syre. I synnerhet är denna form förknippad med oxidationen av kolesterol och utvecklingen av kardiovaskulära förändringar. Antioxidanter baserade på polyfenoler och ett antal andra kan minska koncentrationen av reaktiva syreämnen och förhindra sådana effekter.
Det mest spännande var de senaste slutsatserna från europeiska forskare att singletsyremolekyler kan vara de viktigaste regulatorerna av cellulärt liv, vilket avsevärt bestämmer mekanismen för initiering av apoptos [Vargas F., 2007].