発色団は、その色を担う分子の一部です。私たちの目に見える色は、可視光線の特定の波長スペクトル内に吸収されない色です。発色団は、2つの別個の分子軌道間のエネルギー差が可視スペクトルの範囲内にある分子内の領域である。発色団に当たる可視光は、その基底状態から励起状態に電子を励起することによって吸収することができる。
光エネルギーを捕捉または検出するのに役立つ生物学的分子において、発色団は、光が当たった場合に分子の立体配座変化を引き起こす部分である。
共役パイ結合系発色団
共役発色団では、電子は、一連の交互の一重および二重結合によって生成される、π軌道を拡張したエネルギーレベル間でジャンプし、多くの場合、芳香族系で跳躍する。一般的な例には、レチナール（光を検出するために眼に使用される）、種々の食品着色剤、布地染料（アゾ化合物）、pH指示薬、リコピン、β-カロチン、およびアントシアニンが含まれる。発色団の構造における種々の因子は、発色団が吸収するスペクトルのどの波長領域で測定するかを決定する。分子中のより不飽和な（多重）結合を有する共役系を延長または延長することは、吸収をより長い波長にシフトさせる傾向がある。 Woodward-Fieserルールは、共役パイ結合系を有する有機化合物の紫外可視吸収極大波長を近似するために使用できます。
これらのいくつかは、金属錯体発色団であり、リガンドとの配位錯体中に金属を含む。例は、光合成のために植物によって使用されるクロロフィル、および脊椎動物の血液中の酸素輸送体であるヘモグロビンである。これらの2つの例では、テトラピロール大環状環の中心で金属が錯化されている。ヘモグロビンのヘム基の鉄（ポルフィリン環の鉄）またはクロロフィルの場合のクロリン型環の錯体のマグネシウム。大環状環の高度に共役したπ-結合系は、可視光を吸収する。中心金属の性質は、金属 – 大環状錯体の吸収スペクトルまたは励起状態寿命などの特性にも影響を及ぼし得る。大環状ではないが結合したπ結合系を依然として有する有機化合物中のテトラピロール部分は依然として発色団として作用する。このような化合物の例には、黄色を呈するビリルビンおよびウロビリンが含まれる。
補助色素
補助色素は、発色団に結合した原子の官能基であり、発色団が光を吸収する能力を改変し、吸収の波長または強度を変化させる。
発色団におけるハロクロミズム
ハロクロミズムは、pHの変化に伴って物質の色が変わると発生します。これは、pH指示薬の特性であり、その分子構造は、周囲pHの特定の変化に応じて変化する。この構造変化は、pH指示薬分子の発色団に影響を与える。例えば、フェノールフタレインは、以下の表に示すようにpHが変化すると構造が変化するpH指示薬である：
| Structure | ||
|---|---|---|
| pH | 0-8.2 | 8.2-12 |
| Conditions | acidic or near-neutral | basic |
| Color name | colorless | pink to fuchsia |
| Color |
約0〜8のpH範囲では、分子は、芳香族環にπ結合を形成していない中央の四面体sp 3混成炭素原子にすべて結合した3つの芳香族環を有する。限定された程度のため、芳香環は紫外領域の光のみを吸収するので、化合物は0-8のpH範囲で無色に見える。しかしながら、pHが8.2を越えて増加すると、その中央の炭素はsp2混成となる二重結合の一部となり、環のπ結合とp軌道が重なるようになる。これにより、3つの環が共役になり、より長い波長の可視光を吸収する拡張発色団を形成し、フクシア色を示す。 0〜12以外のpH範囲では、他の分子構造の変化は他の色の変化をもたらす。詳細はフェノールフタレインを参照してください。