Oxigenul singlet este un nume comun pentru două stări metastabile ale oxigenului molecular (O 2 ) cu o energie mai mare decât în starea solului, triplet . Diferența de energie dintre cea mai scăzută energie a O 2 în starea singlet și cea mai scăzută energie a stării triplet este de aproximativ 11400 kelvin ( T e ( a 1 Δ g ← X 3 Σ g − ) = 7918,1 cm −1 ), sau 0,98 eV . Deschis de H. Kautsky .
Oxigenul molecular diferă de majoritatea moleculelor prin faptul că are o stare fundamentală tripletă, O 2 ( X 3 Σ g − ). Teoria orbitalelor moleculare prezice trei stări de singulet excitate joase O 2 ( a 1 ∆ g ), O 2 ( a′ 1 ∆′ g ) și O 2 ( b 1 ∑ g + nomenclatura este explicată în articolul Molecular Termeni Simboluri ). Aceste stări electronice diferă doar prin spin și ocuparea orbitalilor π g de antilegare degenerați . Stările O 2 ( a 1 ∆ g ) şi O 2 ( a′ 1 ∆′ g ) sunt degenerate . Starea O 2 ( b 1 Σ g + ) este de foarte scurtă durată și se relaxează rapid la o stare excitată inferioară O 2 ( a 1 Δ g ). Prin urmare, de obicei, O 2 ( a 1 Δ g ) este numit oxigen singlet.
Diferența de energie dintre starea fundamentală și oxigenul singlet este de 94,2 kJ/mol (0,98 eV per moleculă) și corespunde unei tranziții în domeniul IR apropiat (aproximativ 1270 nm). Într-o moleculă izolată, tranziția este interzisă conform regulilor de selecție : spin, simetrie și paritate . Prin urmare, excitarea directă a oxigenului în starea fundamentală de către lumină pentru formarea oxigenului singlet este extrem de puțin probabilă, deși este posibilă. În consecință, oxigenul singlet în faza gazoasă are o viață extrem de lungă (timpul de înjumătățire al stării în condiții normale este de 72 de minute). Cu toate acestea, interacțiunile cu solvenții reduc durata de viață la microsecunde sau chiar la nanosecunde.
Chimia oxigenului singlet este diferită de cea a oxigenului în starea fundamentală. Oxigenul singlet poate lua parte la reacții organice complexe, cum ar fi reacțiile Diels-Alder și ene. Poate fi generat în procese de transfer de energie fotoexcitată din molecule colorate precum albastru de metilen sau porfirine , sau în procese chimice precum descompunerea spontană a trioxidului de hidrogen în apă sau în reacția peroxidului de hidrogen cu hipoclorit . Oxigenul singlet este principala componentă activă a terapiei fotodinamice .
Determinarea directă a oxigenului singlet este posibilă prin fosforescența sa foarte slabă la 1270 nm, care nu este vizibilă pentru ochi. Cu toate acestea, la concentrații mari de oxigen singlet, fluorescența așa-numitelor dimoli de oxigen singlet (emisia simultană a două molecule de oxigen singlet în ciocniri) poate fi observată ca o strălucire roșie la 634 nm.
Moleculele de clorofilă sunt capabile să formeze eficient o stare excitată tripletă a clorofilei sub acțiunea luminii și astfel sensibilizează formarea de oxigen singlet. Se crede că una dintre funcțiile polienelor, în primul rând carotenoidelor , în sistemele fotosintetice este de a preveni deteriorarea cauzată de formarea oxigenului singlet, prin disiparea excesului de energie luminoasă care pătrunde în componentele fotosintetice ale celulelor, prin dezactivarea moleculelor de clorofilă excitate din triplet. stare, sau prin stingerea directă a moleculelor de oxigen singlet.
De asemenea, este luată în considerare teoria conform căreia oxigenul singlet este produs prin acțiunea radiațiilor ionizante .
În biologia mamiferelor , oxigenul singlet este considerat una dintre formele speciale de oxigen activ. În special, această formă este asociată cu oxidarea colesterolului și dezvoltarea modificărilor cardiovasculare. Antioxidanții pe bază de polifenoli și o serie de alții pot reduce concentrația speciilor reactive de oxigen și pot preveni astfel de efecte.
Cele mai interesante au fost concluziile recente ale cercetătorilor europeni că moleculele de oxigen singlet pot fi cei mai importanți regulatori ai vieții celulare, determinând în mod semnificativ mecanismul de inițiere a apoptozei [Vargas F., 2007].