§ 7. Фотохимические реакции

Фотохимические реакции протекают по цепному механиз­му. К фотохимическим относятся реакции, получающие энер­гию, необходимую для их протекания, в форме электромаг­нитных колебаний различной частоты.

Фотохимические процессы широко распространены в при­роде, например, процесс фотосинтеза

6CO₂ + 6H₂O C₆H₁₂O₆ + 6O₂

протекает под действием солнечной энергии в листьях расте­ний. Благодаря ему осуществляется кругооборот кислорода и углерода в природе. Фотохимические реакции лежат в осно­ве технологических процессов в кинофотопромышленности, в лазерной технике.

Общие закономерности фотохимических процессов описы­ваются следующими законами фотохимии.

Закон Гротгуса — Дрепера гласит: только поглощаемое средой световое излучение может шзвапіь ее хи­мическое изменение. Это условие необходимое, но недостаточ­ное для осуществления фотохимической реакции.

А. Эйнштейн сформулировал закон фотохими­ческой эквивалентности: каждый поглощенный квант света в первичном акте способен активировать только одну молекулу вещества.

Я. Ваит-Гофф установил количественную зависимость меж­ду скоростью фотохимической реакции и количеством погло­щенной световой энергии.

Важной характеристикой фотохимического процесса явля­ется полный квантовый выход — отношение числа образовав­шихся молекул к числу поглощенных квантов.

Каждая фотохимическая реакция делится на две стадии: первичную, вызванную действием света, и вторичную, «темно­вую» стадию, в которой свет участия не принимает. Обычно эти стадии быстро следуют одна за другой и не всегда могут быть разделены. Первичный фотохимический процесс заклю­чается в поглощении молекулой кванта света, что может вы­звать ее диссоциацию на атомы или активацию:

■ ЛВ + ftv = А+ В, или AB + /IV= AB*.

Затем происходит вторичный процесс химического взаи­модействия атомов, радикалов или возбужденных молекул.

Многие биохимические реакции, протекающие в организ­ме, можно отнести к фотохимическим. У недоношенных ново­рожденных часто развивается физиологическая желтуха, связанная с накоплением в некоторых тканях продукта рас­пада гемоглобина— билирубина. Билирубин ядовит, его на­копление в мозговых клетках опасно для человека. Это веще­ство обычно выводится из организма печенью. У новорожден­ных работа печени еще несовершенна, и билирубин накапли­вается в организме, придавая коже детей желтую окраску.

Известно, что билирубин разрушается на свету. Данные по изучению реакции окисления билирубина свидетельствуют о ее фотохимическом механизме. В результате реакции образу­ются водорастворимые безвредные продукты, которые легко выводятся из организма. Итак, изучение механизма реакции фотохимического окисления билирубина подсказало метод лечения физиологической желтухи — определенная доза све­товой энергии.

Закономерности фотохимических процессов можно исполь­зовать для объяснения механизма зрения. Как и в фотосин­тезе, первичной стадией зрительного процесса является погло­щение света хромофором. Хромофором глаза, определяющим поглощение видимого света, служит альдегидпроизводное ви­тамина А, или ретиналь. В сетчатке глаза содержится около 100 млн. специализированных клеток, так называемых палочек, и 5 млн. колбочек. Ретиналь связан с белком, назы­ваемым опсином. Существует четыре типа опсина: один из них находится в палочках, три других — в колбочках. Ком­плексы хромофора с опсином в этих клетках называются соответственно родопсином и иодопсином.

Изменения, происходящие в результате поглощения света, в основе своей одинаковы в родопсине и иодопсине и сводятся к цис-транс-язомерии хромофорной группы. Родопсин обус­ловливает зрение при недостаточном освещении, например в ночное время. С его помощью человек различает только белый и черный цвета. Цветное зрение обусловлено иодопси­ном, который содержит пигменты с максимумами поглощения

при 450 нм (синий цвет), 525 нм (зеленый цвет) и 555 нм (жел­тый цвет). Чувствительность этого пигмента простирается в красную область спектра. Колбочки менее чувствительны, чем палочки, так что при слабом освещении все объекты ка­жутся окрашенными в серые тона.