【シュウ酸エステルの分解エネルギーが蛍光剤を励起】

次の文字列を順に選んで
縁日でおなじみの「光る腕輪」
などに利用される化学発光の
名前にしなさい

シュウ酸
エステル
化学発光
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 化学発光はケミルミネッセンス (chemiluminescence) とも呼ばれ、化学反応により生じたエネルギーが光として放出される現象です。化学発光のほとんどに酸化反応が関わっており、酸化によって生成した過酸化物の分解の際に生じる化学エネルギーが蛍光物質の励起状態(分子内の電子が励起したエネルギーの高い状態)を生じてその蛍光を放ちます。励起される蛍光物質の種類に応じて様々な色の発光が観察されます。物質によってはリン光と呼ばれる光を放つこともあります。このような発光を伴う酸化反応は、ホタルをはじめとする多種類の生物でも行われており、生物がつくる特殊な化合物が酵素の働きで空気中の酸素と反応してその生物特有の蛍光色を発します。この生物発光(バイオルミネッセンス:bioluminescence)と呼ばれる発光を、生物たちは生殖、捕食、捕食者からの防御など、生きるための様々な営みに活用しています。

 化学発光で特に有名なものには、血液などの鑑識に利用されているルミノール発光(ルミノール反応ともいう)、花火大会などの夜店で売られている光る腕輪などに使われている過シュウ酸エステル化学発光があります。本項では、このふたつの化学発光の実験について解説します。また、少々専門的になりますが、化学発光のメカニズムについても説明します。

過シュウ酸エステル化学発光
シュウ酸エステルTCPO : ビス(2,4,6-トリクロロフェニル) オキサレート
過酸化水素水(市販の30% 水溶液)
テトラヒドロフラン (THF)
(有機物をよく溶かし、水にも混ざるのでこの有機溶媒を使います。アセトンやエタノールを使うと著しく発光効率が低下します。)
蛍光剤 (ペリレン、ルブレン、クマリン-7、9,10-ジフェニルアントラセンなど)
水(水道水でも可)

一方、過シュウ酸エステル化学発光は加える蛍光剤によって発光色が決まります。この発光では、シュウ酸エステルが過酸化水素と反応して高エネルギー中間体である環状過酸化物が生成し、その分解の際に励起状態の蛍光剤が生じます(図10)。図に示したように、高エネルギー中間体は四員環(四角形)構造をもち、その結合角は90°でメタンなどの通常の炭素原子の結合角109°よりもだいぶ小さく、さらに並んだ二つの酸素原子上の電子の反発があってかなり歪んだ構造になっています(図11)。これが分解するとフェノールと二酸化炭素が生じますが、蛍光剤の化学構造には変化がありません。したがって、シュウ酸エステルと過酸化水素との反応はエネルギーを生じさせるためのもので、蛍光剤はそのエネルギーを受け取って発光する、というのが大雑把な説明です。したがって、加えた蛍光剤の種類によって様々な色の発光が可能になります。
引用元:化学発光(ケミルミネッセンス)|おもしろ科学実験室(工学のふしぎな世界)|国立大学56工学系学部HP https://www.mirai-kougaku.jp/laboratory/pages/181012_02.php

ケミカルライト (chemical light) は、化学発光による照明器具の総称である。

全般を指す通称としてサイリューム、シアリウム (CYALUME, Cyalume) と呼ばれるが、これらは登録商標であり、アメリカでは米オムニグロー・コーポレーション[1]、日本では薬剤・照明具としては米サイリューム・テクノロジーズ・インコーポレイテッド、釣具・玩具としては株式会社ルミカが保有している。ほか、株式会社ルミカ(旧 日本化学発光株式会社)の登録商標であるルミカ (Lumica)、ルミカライトとも呼ばれる。

原理[編集]

色々な種類のケミカルライト
シュウ酸ジフェニルと過酸化水素との混合溶液の化学発光により蛍光を放つ。溶液Aをガラス製のアンプルに入れ、そのアンプルが溶液Bとともにポリエチレンの筒に入れ密閉されている。スティックを曲げて内部のアンプルを割ることで2液が混合される。発光のメカニズムについてはシュウ酸ジフェニルを参照。
引用元:ケミカルライト – Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B1%E3%83%9F%E3%82%AB%E3%83%AB%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%88

シュウ酸ジフェニル(しゅうさんジフェニル、diphenyl oxalate)は、シュウ酸にフェニル基が2つ結合した構造を持つ有機化合物である。ジエステルの一種。シュウ酸ジフェニルまたはその誘導体は、ケミカルライト(冷光)などの化学発光に使われる有名な化合物群である。

シュウ酸ジフェニルと蛍光色素 (dye) との混合物に過酸化水素(濃度約35%)が混ざると、シュウ酸ジフェニルが過酸化水素で酸化されながら分解し、2分子のフェノールと1分子の過シュウ酸エステル (ROOC-COOOH) が生じる。過シュウ酸エステルはさらに酸化を受けて 1,2-ジオキセタンジオン(図の四員環化合物)となる。1,2-ジオキセタンジオンは自発的に分解して2分子の二酸化炭素に変わるが、このときに蛍光色素にエネルギーを与えて励起させる[2]。励起された蛍光色素はエネルギーを光 (hν) として放出しながら基底状態に戻る。この光の波長、すなわち目に見える色は蛍光色素の分子構造に依存する。例えば 9,10-ジフェニルアントラセンを添加しておくと青い光が、ルブレンを添加しておくと橙色の光が観測される。
引用元:シュウ酸ジフェニル – Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%82%A6%E9%85%B8%E3%82%B8%E3%83%95%E3%82%A7%E3%83%8B%E3%83%AB