Q60
フラバノ－ルは無色なのにアントシアニジンはどうして赤色なのですか？

フラバノールとアントシアニジン
フラバノールはフラビン系(Q59 参照)の化合物で、緑茶に含まれる無色のカテキン(Q12 参照)です。なお、緑茶の緑はクロロフィルによるものです。フラバノールのフラバノール

吸収スペクトルは、257, 289, 298 nm で、可視部には吸収がないので溶液は無色です。一方、アントシアニジン(Q59 参照)（アントシアニンの糖を含まないもの）もフラビン系の化合物で花などに含まれる色素ですが、例えばアカダイコン色素は写真のような鮮やかな赤色をしています。この色素はアントシアニンであるペラルゴニジン（pelargonidin）で、265,280,電子が移動できるのはベンゼン環だけで、隣の６員環へは430, 505 nm に吸収があります。

移動できない。

一方、アントシアニジンでは、真中の酸素がある６員環には二重結合が２つあります。したがって、アントシアニジンでは電子の動ける範囲が真中の酸素がある６員環まで広がるので、波長の長い光（緑の光）を吸収して、アントシアニンの赤い色になるのでアカダイコン色素す。
酸素原子は６個の電子があるので、水の分子（H-右の図にあるフラバノールの分子モデルで、真中の酸素を含んだ６員環では二重結合がなく平面ではありません。したがって、左のベンゼン環の電子は、真中の６員環には移動できません。

O-H）では酸素には結合に使われない電子が２個あって、それは p 軌道にあります。この電子１個を使って、炭素との間で二重結合を作ることができます。
このような二重結合（－O=C－）を作ると、形式上、酸素の電子が１個不足することになるので、酸素はプラス（－O+=C－）になるのです。この説明は

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すこし難しいと思いますので、次に単純な系で構造とタイン）。

光の吸収を説明します。

そこで、電子の存在するような場所を雲のように描いたのが（電子雲）、原子軌道です。最も安定（最低エネルギー準位）なのは 1s 軌道で、原子核が中心にある球の形をしています。原子の近くを回っているので、マイナスの電子はプラスの原子核の影響を受けます。1s 軌道よりもエネルギーが高く不安定なのはアントシアニジン

2s 軌道で、1s 軌道よりも大きな球です。次にエネルギーが高いのは 2p 軌道で、等しいエネルギーを持つ３つの軌道です。p 軌道はひょうたん型ですので、原子核の影響は少なくなります。

電子はベンゼン環から隣の６員環へも移動できる。
－O=C－になると、酸素に電子が足りなくなり、プラスになる。
原子軌道の種類例

原子の軌道
分子には電子があり、その電子が光のエネルギーを吸収します。電子が動き回っている道である軌道とはどのようなものでしょう。軌道を知るためには、量子力学、分子軌道法など物理の難しい勉強が必要ですが、ここでは簡単に絵で説明します。
マイナスの電子はプラスの原子核の周りを運動していますが、シュレ－ディンガ－（Erwin Schrodinger）
は電子の運動を電子のエネルギーで数学的に表現し、波動方程式を作りました。原子核の周りを回る
電子は、太陽の周りを回る地球のようですが、電子のような微粒子には不確定性原理があって位置とエネルギーを同時に決めることはできません（ハイゼンベルグ）。例えば、絶対零度になっても、電子の位置を決めることはできず、動いているのです（アインシュ2分子の軌道（σ 軌道と π 軌道）
エタンの C-C 結合は、2s と 2p 軌道を使って作られ、σ（シグマ）軌道といいます。炭素の持っている電子は６個で、1s(2), 2s(2), 2p(2)ですが、2s と 2pの 3 個の軌道を使って 4 個の軌道が作られ（sp3混成）、水素や炭素などと４本で結合します。この軌道は炭素原子の近くにありますので、この結合は強く、切断するには高いエネルギーが必要です。
エチレンは二重結合で結ばれていますが、その内の１つはシグマ結合で、もう１つは π（パイ）結合です。エチレンの σ 結合は、2s と 2p の 2 個から３本の手が作られます（sp2 混成）。もう１個電子が余っていますが、これは使っていない p 軌道にいます。p 軌道はひょうたん型ですが、隣の炭素の p 軌

道と重なり新しい結合ができます。この結合は σ 結（polyene）といいます（ethylene の ene です）。

合とは形も違いますので、π 結合とよびます。このようポリエンでは、それぞれの炭素には p 軌道があるのに、エチレンは強い σ 結合と弱い π 結合からできてで、電子は連続して動くことができます。どの程度のいるのです。

エネルギーを吸収するかは、紫外可視吸収スペクトルを測定すると分かります（照射する光の波長を変えて、どの波長の光を吸収するかを測定します）。レ
チナールの紫外可視吸収スペクトル（UV-VIS）は365 nm で、溶液にすると透明です。二重結合があると光を吸収しているのですが、人間の目には見えない紫外線の光なので、透明なのです。
オレンジ色のニンジンのカロテンは二重結合が９つありますので、電子は長い距離を動くことができます。カエタン（炭素原子は σ 結合でエチレン（σ 結合と π 結合で結び付いる）結び付いている）ロテンに光を照射すると、電子は光のエネルギーを吸収して高いエネルギー状態（励起状態）になります。カロテンではレチナールに比べて電子は長い距離を動けるので、低いエネルギーでも吸収します。レチナ

σ 結合の電子も光を吸収しますが、強い結合で安定ですから、波長が短くエネルギーの高い紫外線が必要です。π 結合の電子は原子核から離れていて、自由に動けるので、少しのエネルギーで動けます。しかし、エチレンでは波長の短い紫外線が必要です。

ールの吸収スペクトルは 365 nm ですが、カロテンでは 466 nm の波長の光を吸収します。光の波長とエネルギーは逆数の関係があるので、カロテンはレチナー
ルに比べて小さなエネルギー（長い波長の光）で励起状態になります（青の矢印）。
赤いトマトにはリコピンが含まれていて、二重結合は11 個ある化合物です。電子の動ける距離はカロテンよりも長くなり、500 nm の長い波長の光でも吸収すレチナール、カロテン、リコピンるようになります（緑の矢印）。

連続した二重結合の長さが異なる、レチナール（ビタ電子の動ける距離が長いと励起に必要なエネルギー

ミン A）、ニンジンに含まれるカロテン、トマトリコピンが小さくなる理由は、 Q61 に書きます。

（Q1 参照）の構造と色の違いを見てみます（ここでは簡単のため主鎖だけ示して側鎖の-CH3 や末端の構造は省略してあります）。
レチナールは二重結合が４個で炭素原子８個に渡って π 電子が移動できます。このような-C=C－C-二重結合が１つおきにあるような構造をポリエン

3ポリエン構造を有する３種の化合物の化学式と分に、450 nm 付近に山があります。赤や緑の光は吸子モデル収しませんから、反射して黄色に見えます。トマトリコ
ピンの UV-VIS スペクトルは緑の曲線のようになります。緑を吸収するので、赤と青の光が反射してマゼンダの光になります。それでは、トマトの赤色にはなりません。左下の図は単純な模式図ですが、実際のスペクトルは右下のように山が３つあって、左下の青とレチナール（UV-VIS: 365 nm）緑の曲線を合わせたようなものです。したがって、青と緑の光を吸収し赤の光を反射するので、トマトは赤く見えるのです。
左下の図で赤の曲線は 570 nm 付近に吸収の山がありますので、赤の光を吸収して青と緑の光を反射するので、青く見える物質です。

カロテン（UV-VIS: 466 nm）

リコピン（UV-VIS: 500 nm）

レチナール、カロテン、リコピンの UV-VIS スペクトルを比較すると左下のようになります（この図は模式図吸収スペクトルと反射する光の色です）。レチナールは水色の線で、350 nm 付近に山があります。この図で縦軸は吸収する光の量を示していて、高い山は多くの光を吸収します。レチナールが吸収する光の波長は紫外線の領域にあり、人間のリコピンの吸収スペクトル目には見えない光ですから透明です。もしレチナールの固まりがあったとすると、赤、緑、青の光は吸収し天然の花では青色のものは少ないのですが、合成のないので、全ての波長の可視光線を反射して、白く色素には青色があります。合成食用色素の赤色見えるはずです。

102 号と青色 1 号の吸収スペクトルを比較すると、カロテンの吸収スペクトルは下の図の青い曲線のよう下の図のようになります。赤色 102 号の吸収スペクト4

ルは 500 nm 付近に山があるリコピンに似ています。

レンは黒いのです。

一方、青色 1 号の吸収スペクトルは 650 nm 付近に山があるもので、青い光の波長付近の吸収が無いので、この色素は青色になります。下の構造式では曲げて書いてありますが、電子が動ける二重結合の部分が長く、赤の光を吸収することが分かります。

食用色素：赤色 102 号と青色 1 号の吸収スペクトル赤色 102 号

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図には示していませんが、青、緑、赤の全ての波長の光を吸収すると、反射する光がありませんから、黒になります。ノーベル賞を受賞された白川先生の研究はポリアセチレンですが、リコピンよりももっと多く二重結合が伸びたものです。リコピンもそうですが、このような化合物では、真直ぐ伸びた構造は不安定なので、あちこち折れ曲がった構造が沢山できます。このことは、波長の短い光から長い光まで色んな波長の光を吸収することになります。したがって、ポリアセチ

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