Chromophore

Les groupements porphyriniques de nos globules rouges, dont la fonction première est de fixer les atomes de fer qui captent l’oxygène, donnent lieu aux chromophores de l’hème qui donnent au sang humain sa couleur rouge. L’hème est dégradé par l’organisme en biliverdine (qui donne aux brosses leur couleur bleu-vert), qui à son tour est dégradée en bilirubine (qui donne aux patients atteints de jaunisse un teint jaune).

Dans l’œil humain, la molécule rétinal est un chromophore conjugué. Le rétinal commence dans une conformation 11-cis-rétinal, qui, lors de la capture d’un photon γ (lumière) de la bonne longueur d’onde, se redresse en une conformation tout-trans-rétinal. Ce changement de conformation pousse contre une protéine opsine dans la rétine, ce qui déclenche une cascade de signalisation chimique qui peut aboutir à la perception de la lumière ou des images par le cerveau humain.

De la même façon que deux orbitaux p adjacents dans une molécule formeront une liaison pi, trois orbitaux p adjacents ou plus dans une molécule peuvent former un système pi conjugué. Dans un système pi conjugué, les électrons sont capables de capturer certains photons lorsque les électrons résonnent le long d’une certaine distance de p-orbitaux – de la même manière qu’une antenne radio détecte les photons sur sa longueur. En général, plus le système pi est conjugué (long), plus la longueur d’onde du photon peut être capturée. En d’autres termes, avec chaque double liaison adjacente ajoutée que nous voyons dans le diagramme d’une molécule, nous pouvons prédire que le système sera progressivement plus susceptible d’apparaître jaune à nos yeux, car il est moins susceptible d’absorber la lumière jaune et plus susceptible d’absorber la lumière rouge. (« Les systèmes conjugués de moins de huit doubles liaisons conjuguées n’absorbent que dans la région ultraviolette et sont incolores pour l’œil humain », « Les composés qui sont bleus ou verts ne reposent généralement pas uniquement sur des doubles liaisons conjuguées. »)

Dans les chromophores conjugués, les électrons sautent entre des niveaux d’énergie qui sont des orbitales pi étendues, créées par une série de liaisons simples et doubles alternées, souvent dans des systèmes aromatiques. Parmi les exemples courants, citons le rétinal (utilisé dans l’œil pour détecter la lumière), divers colorants alimentaires, les teintures pour tissus (composés azoïques), les indicateurs de pH, le lycopène, le β-carotène et les anthocyanes. Différents facteurs de la structure d’un chromophore déterminent la région du spectre dans laquelle le chromophore absorbera la lumière. L’allongement ou l’extension d’un système conjugué avec davantage de liaisons insaturées (multiples) dans une molécule aura tendance à déplacer l’absorption vers des longueurs d’onde plus grandes. Les règles de Woodward-Fieser peuvent être utilisées pour approximer la longueur d’onde d’absorption maximale dans l’ultraviolet-visible dans les composés organiques avec des systèmes conjugués à liaisons pi.

Certains d’entre eux sont des chromophores à complexe métallique, qui contiennent un métal dans un complexe de coordination avec des ligands. Des exemples sont la chlorophylle, qui est utilisée par les plantes pour la photosynthèse et l’hémoglobine, le transporteur d’oxygène dans le sang des animaux vertébrés. Dans ces deux exemples, un métal est complexé au centre d’un cycle macrocyclique tétrapyrrole : le métal est le fer dans le groupe hème (fer dans un cycle porphyrine) de l’hémoglobine, ou le magnésium complexé dans un cycle de type chlorine dans le cas de la chlorophylle. Le système de liaison pi hautement conjugué de l’anneau macrocyclique absorbe la lumière visible. La nature du métal central peut également influencer le spectre d’absorption du complexe métal-macrocycle ou des propriétés telles que la durée de vie de l’état excité. La partie tétrapyrrole dans les composés organiques qui n’est pas macrocyclique mais qui a toujours un système de liaison pi conjugué agit toujours comme un chromophore. Des exemples de tels composés comprennent la bilirubine et l’urobiline, qui présentent une couleur jaune.