Singletový kyslík je obecný název pro dva metastabilní stavy molekulárního kyslíku (O 2 ) s vyšší energií než v základním, tripletovém stavu . Energetický rozdíl mezi nejnižší energií O 2 v singletovém stavu a nejnižší energií tripletového stavu je asi 11 400 kelvinů ( T e ( a 1 Δ g ← X 3 Σ g − ) = 7918,1 cm −1 ), neboli 0,98 eV . Otevřel H. Kautský .
Molekulární kyslík se liší od většiny molekul tím, že má triplet základní stav, O 2 ( X 3 Σ g − ). Molekulární orbitální teorie předpovídá tři nízko položené excitované singletové stavy O 2 ( a 1 ∆ g ), O 2 ( a′ 1 ∆′ g ) a O 2 ( b 1 ∑ g + názvosloví je vysvětleno v článku Molekulární Termíny Symboly ). Tyto elektronové stavy se liší pouze spinem a obsazením degenerovaných antivazebných π g orbitalů. Stavy O 2 ( a 1 ∆ g ) a O 2 ( a′ 1 ∆′ g ) jsou degenerované . Stav O 2 ( b 1 Σ g + ) je velmi krátkodobý a rychle se uvolňuje do níže položeného excitovaného stavu O 2 ( a 1 Δ g ). Proto se obvykle O 2 ( a 1 Δ g ) nazývá singletový kyslík.
Energetický rozdíl mezi základním stavem a singletovým kyslíkem je 94,2 kJ/mol (0,98 eV na molekulu) a odpovídá přechodu v blízké infračervené oblasti (asi 1270 nm). V izolované molekule je přechod zakázán podle pravidel výběru : spin, symetrie a parita . Proto je přímá excitace kyslíku v základním stavu světlem pro tvorbu singletového kyslíku krajně nepravděpodobná, i když je možná. V důsledku toho je singletový kyslík v plynné fázi extrémně dlouhý (poločas rozpadu stavu za normálních podmínek je 72 minut). Interakce s rozpouštědly však zkracují životnost na mikrosekundy nebo dokonce nanosekundy.
Chemie singletového kyslíku se liší od chemie kyslíku v základním stavu. Singletový kyslík se může účastnit složitých organických reakcí, jako jsou Diels-Alderovy a ene reakce. Může být generován při fotoexcitovaných procesech přenosu energie z barevných molekul, jako je methylenová modř nebo porfyriny , nebo při chemických procesech, jako je spontánní rozklad oxidu vodíku ve vodě nebo při reakci peroxidu vodíku s chlornanem . Singletový kyslík je hlavní aktivní složkou fotodynamické terapie .
Přímé stanovení singletového kyslíku je možné jeho velmi slabou fosforescencí při 1270 nm, která není okem viditelná. Při vysokých koncentracích singletového kyslíku však lze pozorovat fluorescenci tzv. singletových kyslíkových dimolů (současná emise dvou molekul singletového kyslíku při srážkách) jako červenou záři při 634 nm.
Molekuly chlorofylu jsou schopny účinně vytvářet triplet excitovaný stav chlorofylu působením světla a tím senzibilizovat tvorbu singletového kyslíku. Předpokládá se, že jednou z funkcí polyenů, především karotenoidů , ve fotosyntetických systémech je zabránit poškození způsobenému tvorbou singletového kyslíku, rozptýlením přebytečné světelné energie, která vstupuje do fotosyntetických složek buněk, deaktivací excitovaných molekul chlorofylu v tripletu. stavu, nebo přímým zhášením molekul singletového kyslíku.
Zvažována je také teorie, že singletový kyslík vzniká působením ionizujícího záření .
V biologii savců je singletový kyslík považován za jednu ze speciálních forem aktivního kyslíku. Zejména tato forma souvisí s oxidací cholesterolu a rozvojem kardiovaskulárních změn. Antioxidanty na bázi polyfenolů a řady dalších mohou snižovat koncentraci reaktivních forem kyslíku a takovým účinkům předcházet.
Nejzajímavější byly nedávné závěry evropských výzkumníků, že molekuly singletového kyslíku mohou být nejdůležitějšími regulátory buněčného života, významně určující mechanismus iniciace apoptózy [Vargas F., 2007].