A szingulett oxigén a molekuláris oxigén (O 2 ) két metastabil állapotának általános elnevezése, amelyek energiája magasabb , mint a talaj, triplet állapotában . A szingulett állapotban lévő O 2 legalacsonyabb energiája és a triplett állapot legkisebb energiája közötti energiakülönbség körülbelül 11400 kelvin ( T e ( a 1 Δ g ← X 3 Σ g − ) = 7918,1 cm -1 ), vagy 0,98 eV . Megnyitotta : H. Kautsky .
A molekuláris oxigén abban különbözik a legtöbb molekulától, hogy hármas alapállapota van, az O 2 ( X 3 Σ g − ). A molekuláris pályaelmélet három alacsonyan fekvő gerjesztett szingulett állapotot jósol meg: O 2 ( a 1 ∆ g ), O 2 ( a′ 1 ∆′ g ) és O 2 ( b 1 ∑ g + Molecular című cikk ismerteti Kifejezések Szimbólumok ). Ezek az elektronikus állapotok csak a degenerált antikötő π g pályák forgásában és foglaltságában térnek el egymástól . Az O 2 ( a 1 ∆ g ) és az O 2 ( a′ 1 ∆′ g ) állapotok degeneráltak . Az O 2 ( b 1 Σ g + ) állapot nagyon rövid életű, és gyorsan ellazul alacsonyabban fekvő gerjesztett O 2 állapotba ( a 1 Δ g ). Ezért általában az O 2 -t ( a 1 Δ g ) nevezzük szingulett oxigénnek.
Az alapállapot és a szingulett oxigén közötti energiakülönbség 94,2 kJ/mol (molekulánként 0,98 eV), és a közeli infravörös tartományban (körülbelül 1270 nm) átmenetnek felel meg. Egy izolált molekulában az átmenet tilos a szelekciós szabályok szerint : spin, szimmetria és paritás . Ezért rendkívül valószínűtlen az oxigén alapállapotú, fénnyel történő közvetlen gerjesztése szingulett oxigén képződése céljából, bár lehetséges. Ennek következtében a gázfázisban lévő szingulett oxigén rendkívül hosszú életű (az állapot felezési ideje normál körülmények között 72 perc). Az oldószerekkel való kölcsönhatások azonban mikroszekundumokra vagy akár nanoszekundumokra csökkentik az élettartamot.
A szingulett oxigén kémiája eltér az alapállapotú oxigénétől. A szingulett oxigén részt vehet összetett szerves reakciókban, mint például a Diels-Alder és az ene reakciókban. Előállítható fotogerjesztett energiaátviteli folyamatokban színes molekulákból, például metilénkékből vagy porfirinekből , vagy kémiai folyamatok során, mint például a hidrogén-trioxid vízben történő spontán bomlása vagy hidrogén-peroxid és hipoklorit reakciója . A szingulett oxigén a fotodinamikus terápia fő aktív összetevője .
A szingulett oxigén közvetlen meghatározása lehetséges annak nagyon gyenge foszforeszcenciájával 1270 nm-en, ami nem látható a szemmel. A szingulett oxigén magas koncentrációinál azonban az úgynevezett szingulett oxigéndimolok fluoreszcenciája (két szingulett oxigénmolekula egyidejű emissziója ütközések során) vörös izzásként figyelhető meg 634 nm-en .
A klorofillmolekulák képesek hatékonyan hármas gerjesztett állapotú klorofilt kialakítani fény hatására, és ezáltal érzékenyíteni a szingulett oxigén képződését . Úgy gondolják, hogy a poliének, elsősorban a karotinoidok , egyik funkciója a fotoszintetikus rendszerekben, hogy megakadályozzák a szingulett oxigén képződése által okozott károsodást, a sejtek fotoszintetikus komponenseibe jutó felesleges fényenergia elvezetésével, a triplettben lévő gerjesztett klorofillmolekulák deaktiválásával. állapotba, vagy szingulett oxigénmolekulák közvetlen kioltásával. Szintén figyelembe vették azt az elméletet, hogy az ionizáló sugárzás hatására
szingulett oxigén keletkezik .
Az emlősbiológiában a szingulett oxigént az aktív oxigén egyik speciális formájának tekintik. Ez a forma különösen a koleszterin oxidációjához és a szív- és érrendszeri változások kialakulásához kapcsolódik. A polifenolokon és számos máson alapuló antioxidánsok csökkenthetik a reaktív oxigénfajták koncentrációját, és megakadályozhatják az ilyen hatásokat.
A legérdekesebbek az európai kutatók legutóbbi következtetései, miszerint a szingulett oxigénmolekulák a sejtélet legfontosabb szabályozói lehetnek, jelentős mértékben meghatározva az apoptózis beindításának mechanizmusát [Vargas F., 2007].