chemia koloru cz 11 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Chemia koloru cz.11 PowerPoint Presentation
Download Presentation
Chemia koloru cz.11

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 33

Chemia koloru cz.11 - PowerPoint PPT Presentation


  • 142 Views
  • Uploaded on

Chemia koloru cz.11. Fotosynteza i ‘sztuczna fotosynteza’ Daniel T. Gryko. Plan wykładu. Transfer energii i elektronów Fotosynteza Tzw. ‘sztuczna fotosynteza’. Transfer elektronu. Transfer elektronu. Redukcyjny.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Chemia koloru cz.11' - maina


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
chemia koloru cz 11

Chemia koloru cz.11

Fotosynteza i ‘sztuczna fotosynteza’

Daniel T. Gryko

plan wyk adu
Plan wykładu
  • Transfer energii i elektronów
  • Fotosynteza
  • Tzw. ‘sztuczna fotosynteza’
transfer elektronu1
Transfer elektronu

Redukcyjny

A* + D → A●- + D●+

Oksydatywny

D* + A → D●+ + A●-

transfer elektronu2
Transfer elektronu

Donor elektronu

Akceptor elektronu

Łatwo się utlenia

Łatwo się redukuje

Chinony, imidy

aromatyczne,

fulleren

Porfiryny

co to jest transfer energii
Co to jest transfer energii?
  • D* + A → A* + D
  • fotouczulanie
co to jest transfer energii1
Co to jest transfer energii?

Transfer energii

  • Dexter
  • Przez wiązanie
  • Krótki zakres < 10 Ǻ
  • Int. zmniejsza się ekspotencjalnie z odl.
  • Nakładanie się orbitali
  • Förster
  • Przez przestrzeń
  • Kulombowskie oddziaływanie dipol-dipol
  • Nakładanie się em. donora i abs. akceptora
  • Momenty przejść
  • Co jest kluczowe:
  • Łącznik (sztywność)
  • Sprzężenie
  • Co jest kluczowe:
  • Nakładanie się
  • Momenty przejść
wed ug f rstera
Według Förstera

Molecule 1

Molecule 2

Fluorescence

Fluorescence

ACCEPTOR

DONOR

Absorbance

Absorbance

Wavelength

Jest największy gdy momenty przejść elektronowych

donora i akceptora są równoległe a zanika gdy są prostopadłe

transfer energii cd
Transfer energii cd
  • Transfer energii musi być szybki by współzawodniczyć z IC, ISC, fl. etc.
  • Jeżeli obserwuje się, że transfer energii jest szybszy niż wg przewidywań mechanizmu Förstera, to oznacza to, że musi iść przez wiązanie (mech. Dextera)
fotosynteza

6 CO2 + 6 H2O + → C6H12O6(glukoza) + 6 O2(tlen)

Fotosynteza
  • Fotosynteza to bardzo ważny proces biochemiczny, który przebiega w organizmach roślin, jednokomórkowych glonów, sinic i niektórych bakterii. W procesie tym, prosty cukier - glukoza, syntetyzowany jest z wody i dwutlenku węgla, dzięki energii słonecznej. Dodatkowo wydziela się tlen.

fotony światła

Go = 679 kcal/mol (Keq = 10-496)‏

fotosynteza1
Faza jasna

W błonach tylakoidów (wewnątrz chloroplastów)

Fotosystem I i fotosystem II

Faza ciemna

Używa energii nagromadzonej w fazie jasnej do przekształcenia CO2 w glukozę

W stromie

Cykl Calvina

Fotosynteza
chloroplasty
Chloroplasty

Macierz tylakoidu

Membrana zewnętrzna

Membrana wewnętrzna

stroma

Membrana

tylakoidu

faza jasna
Faza jasna

Fotosystem II

  • 2 H2O + fotony światła → 4 H+ + 4 elektrony + O2(tlen)
  • Jony wodoru pompowane są do wnętrza tylakoidów, dzięki czemu tworzy się gradient ich stężenia. Wykorzystywany on jest do napędzania produkcji ATP - związku niosącego dużo energii chemicznej.

Fotosystem I

  • 2 H+ + 4 elektrony + 2 NADP+ → 2 NADPH

Sumarycznie

2 H2O + 2 NADP+ + fotony światła → 2 H+ + 2 NADPH + O2(tlen)

3ATP

faza ciemna
Faza ciemna
  • Zlokalizowana jest w tzw. stromie, czyli macierzy wypełniającej chloroplasty.
  • 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H++ 18 ATP → C6H12O6(glukoza) + 6 H2O + 12 NADP+
  • Faza jasna x 6:12 H2O + 12 NADP+ + fotony światła → 12 H+ + 12 NADPH + 6 O2
  • Dodajemy stronami oba równania...
budowa centrum fotosyntetycznego
Budowa centrum fotosyntetycznego

LH-2 zRhodospirillium molischianum

  • Dwa pierścienie o symetrii ośmiokrotnej (jednostki α w pierścieniu wewnętrznym i jednostki β w pierścieniu zewnętrznym)
  • 32 cząsteczki barwników pomiędzy pierścieniami (24 bakteriochlorofile a i 8 cząsteczek likopenu)
antena
Antena
  • Jest około 300 chlorofili w centrum reakcji fotosyntezy
  • Funkcją większości jest absorpcja światła
  • Działają jak antena - “LIGHT-HARVESTING COMPLEXES (LHCs)‏
  • Energia wzbudzenia jest przenoszona do centrum – efektywność tego procesu >90%
po co nam antena
Po co nam antena?
  • Powierzchnia ‘wyłapująca’ fotony powiększa się
  • Szerszy zakres promieniowania słonecznego może być zużytkowany ‘do pracy’
  • Centrum reakcji może działać częściej
co si dzieje dalej
Co się dzieje dalej?
  • Wzbudzony elektron jest przenoszony do ‘centrum reakcji fotosyntezy’ (specjalna para chlorofili lub bakteriochlorofili)
  • Światło wzbudza elektrony w chlorofilu a (fotosystem II, r-cja utleniania, traci elektron)
  • Po przeniesieniu elektronu chlorofil jest redukowany do kationo-rodnika (powraca on do stanu podstawowego poprzez utlenianie innej cząsteczki)
  • Elektrony są akceptowane przez pierwszy akceptor elektronu (redukcja)
  • Elektrony są następnie przemieszczane wzdłuż układu zwanego electron transport chain Wielostopniowy transfer elektronu na ‘chinon B’
diagram z
Diagram Z
  • Diagram prezentujący relacje energetyczne w fazie jasnej
  • Elektrony ‘płyną’ od wysokich do niskich potencjałów redukcji
rezultat drogi niecyklicznej
Rezultat drogi niecyklicznej
  • 4 Elektrony z wody są przeniesione do 2 NADP+ wyprodukować 2 NADPH
  • Tworzy się gradient H+(TRANSMEMBRANE)
    • 12 H+przemieszczonych do THYLAKOID LUMEN
    • Wystarczą do syntezy 3 cząsteczek ATP
  • Ważne: PSI bierze udział w tworzeniu gradientu protonów ponieważ 2 H+są używane za każdym razem gdy NADP+jest redukowane do NADPH
  • Tworzą się 2 cząsteczki O2
  • Absorbowanych jest 8 fotonów
transfer elektron w i energii1
Transfer elektronów i energii
  • Próbkę naświetlamy światłem o długości fali 560 nm, wzbudzamy PZn
  • Mierzymy fluorescencje układu względem wzorców, czas zaniku fluorescencji, wydajność kwantową
  • Za pomocą transient absorption techniques i EPR stwierdzamy obecność transferu elektronów
transfer elektron w i energii2
Transfer elektronów i energii

t = ps

k = 2,5*108 s-1

Q = 0,77

  • Parametry opisujący układ fotoaktywny:
  • czas życia t cząsteczki w każdym ze stanów (pomiar zaniku fluorescencji)
  • energia przejścia (z widm absorpcyjnych i fluorescencyjnych, cykliczna woltamperometria)
  • szybkość przejścia k (zależności kinetyczne)
  • wydajność kwantowa Q
dlaczego porfiryny
Dlaczego porfiryny?
  • Łatwa modularna synteza
  • Właściwości mogą być zmieniane systematycznie
  • Dobre właściwości spektroskopowe i fotofizyczne (np.. porfiryny jako Fb (10 ns) i kompleksy z Mg i Zn – długo żyjące stany S1 oraz wysoka wyd. kwant. fluorescencji)

Lepszy donor (elektronu)

Lepszy akceptor (elektronu)

czego szukamy w et
Czego szukamy w eT?
  • Szybkość - duża (silne oddziaływanie pomiędzy chromoforami + odpowiednie potencjały redukcji)
  • Wydajność kwantowa - wysoka
  • Długi czas rekombinacji ładunków
triad transfer elektron w1
Triad – transfer elektronów

A

D

A’

  • Trzy istotne parametry:
  • Czas życia stanu o rozdzielonych ładunkach.
  • Wydajność stanu o rozdzielonych ładunkach
  • Wydajność przekształcenia energii
co dalej
Co dalej?
  • Rozdzielenie ładunków (200 ps – 5 ns) ale bardzo szybka rekombinacja ładunków
  • Rozwiązanie: kaskada transferów elektronu
  • Rozdzielenie ładunków dalekiego zasięgu
  • Cena: bardzo skomplikowana synteza oraz obniżenie energii