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発色団は、分子の色を決定づける部分です。[ 2 ]この言葉は、古代ギリシャ語のχρῶμᾰ (chroma) 「色」と-φόρος (phoros) 「～の運び手」に由来します。私たちの目に見える色は、可視光の特定の波長スペクトル内で反射物体に吸収されなかった光の色です。発色団は、2 つの別々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す(または非公式な文脈では、調査対象のスペクトル)。したがって、発色団に当たる可視光は、電子を基底状態から励起状態に励起することによって吸収されます。光エネルギーを捕捉または検出する役割を果たす生体分子では、発色団は、光が当たると分子の立体配座変化を引き起こす部分です。
分子内の隣接する 2 つの p 軌道がπ 結合を形成するのと同様に、分子内の 3 つ以上の隣接する p 軌道は共役 π 系を形成できます。共役 π 系では、電子は、ラジオ アンテナがその長さに沿って光子を検出するのと同様に、p 軌道の一定の距離に沿って共鳴することで、特定の光子を捕捉することができます。一般的に、π 系の共役度が高いほど (長いほど)、捕捉できる光子の波長は長くなります。言い換えれば、分子図に隣接する二重結合が追加されるごとに、黄色い光を吸収する可能性が低くなり、赤い光を吸収する可能性が高くなるため、系は徐々に黄色に見えるようになることが予測できます。(「共役二重結合が 8 つ未満の共役系は紫外線領域のみを吸収し、人間の目には無色に見える」、「青色または緑色の化合物は通常、共役二重結合のみに依存しているわけではない」) [ 4 ]
共役発色団では、電子は芳香族系のような電子雲によって形成される拡張π軌道であるエネルギー準位間をジャンプします。一般的な例としては、レチナール（眼で光を検出するために使用）、さまざまな食品着色料、布地染料（アゾ化合物）、pH指示薬、リコペン、β-カロテン、アントシアニンなどがあります。発色団の構造におけるさまざまな要因が、スペクトルのどの波長領域で発色団が吸収するかを決定します。分子内の不飽和（多重）結合を 増やして共役系を長くしたり拡張したりすると、吸収は長波長側にシフトする傾向があります。ウッドワード-フィーザー則は、共役π結合系を持つ有機化合物の紫外可視最大吸収波長を近似するために使用できます。
これらの中には、配位子と配位錯体を形成した金属を含む金属錯体発色団があります。例としては、植物が光合成に用いるクロロフィルや、脊椎動物の血液中の酸素輸送体であるヘモグロビンが挙げられます。これら2つの例では、金属はテトラピロール大環状環の中心に錯体を形成しています。ヘモグロビンでは、金属はヘム基（ポルフィリン環内の鉄）の鉄であり、クロロフィルでは、マグネシウムがクロリン型環に錯体を形成しています。大環状環の高度に共役したπ結合系は可視光を吸収します。中心金属の性質は、金属-大環状錯体の吸収スペクトルや励起状態寿命などの特性にも影響を与える可能性があります。 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 大環状ではないが共役π結合系を持つ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機能します。そのような化合物の例としては、黄色を呈するビリルビンやウロビリンなどが挙げられる。
助色団とは、発色団に結合した原子の官能基であり、発色団の光吸収能力を変化させ、吸収の波長や強度を変えるものである。
ハロクロミズムとは、物質のpHが変化すると色が変わる現象です。これはpH指示薬の特性であり、周囲のpHが変化すると分子構造が変化します。この構造変化は、pH指示薬分子内の発色団に影響を与えます。例えば、フェノールフタレインはpH指示薬であり、次の表に示すように、pHの変化に応じて構造が変化します。
pH が 0～8 の範囲では、分子は 3 つの芳香環を持ち、すべて中央の四面体sp 3混成炭素原子に結合していますが、この炭素原子は芳香環の π 結合を共役させません。芳香環は範囲が限られているため、紫外線領域の光しか吸収せず、そのため、化合物は pH 0～8 の範囲では無色に見えます。しかし、pH が 8.2 を超えると、中央の炭素は二重結合の一部となり、sp 2混成して、環の π 結合と重なる ap 軌道を残します。これにより、3 つの環が共役して拡張された発色団を形成し、より長い波長の可視光を吸収してフクシア色を示します。[ 8 ] pH が 0～12 の範囲外では、他の分子構造の変化により他の色の変化が生じます。フェノールフタレインの詳細を 参照してください 。