Теория цветности. Хромофорные и ауксохромные группировки

Различного рода органические краски могут быть или веществами, окрашенными сами по себе, или же бесцветными и только при известных условиях образующими цветное соединение. Давно уже замечена связь между химическим строением органических веществ и их красящею способностью. Еще Гребэ и Либерманом было высказано, что красящая способность многих органических веществ обусловливается тесным сочетанием кислородных и азотных атомов, входящих в состав данного вещества. Нарушая эту связь введением в состав данного вещества водорода, цветное органическое вещество теряет свою окраску, превращается в так называемое «лейкосоединение». Лейкотела легко окисляются обратно кислородом воздуха в первоначальные цветные вещества.

Теория цветности возникла в связи с развитием химии синтетических органических красителей. О. Витт (Отто Николаус Витт — русский и немецкий химик-органик) предложил в 1876 г. т. н. хромофорную теорию, согласно которой за окраску органических соединений ответственны группы атомов, содержащие кратные связи, например -N=N-, -N=O. Эти группы были названы хромофорами (от греч. chroma - цвет и phorós -несущий).

Значительное влияние на окраску органических веществ, согласно хромофорной теории, имели группы -ОН, -SH, NH₂-, C₆H₅O- и др., названные ауксохромами (от греч. auxo - увеличиваю).

В. А. Измаильский пришёл в 1915 к выводу, что истинное строение красителей описывается не классической структурной формулой, а отвечает некоторому промежуточному состоянию, названному позднее мезомерным. Для этого состояния характерна делокализация связей и зарядов атомов в молекуле. Особенно легко такая делокализация происходит в молекулах, содержащих систему сопряжённых связей в сочетании с расположенными на её концах электронодонорными и электроноакцепторными группами. Это сочетание, характерное практически для всех типов красителей, обусловливает как лёгкость поляризации молекул (вследствие смещения p-электронов по цепи сопряжения), так и перехода молекул в возбуждённое состояние. Первое определяет интенсивность поглощения света, второе - глубину окраски вещества.

Как правило, в природе встречаются пигменты, молекулы которых имеют один хромофорный и несколько ауксохромных фрагментов:

В соответствии с указанными положениями, чем длиннее цепь сопряжения в молекуле вещества, тем глубже его цвет. Так, даже в ряду углеводородов C6H5-(CH=CH) n-C6H5 lмакс возрастает от 306 нм (при n = 1) до 403 нм (при n = 5).

Молекулы соединений, цепь сопряжения которых завершается электронодонорными и электроноакцепторными группами, окрашены глубже.

Положение теории цветности о связи окраски вещества с возбуждением электронов приложимо не только к органическим соединениям, содержащим протяжённые системы сопряжённых связей, но и к др. типам окрашенных веществ. Так, для неорганических соединений появление окраски может быть связано с наличием сильно выраженной деформации электронных орбиталей; при этом основную роль играет поляризация анионов, увеличение деформируемости которых должно благоприятствовать возникновению цветности. Окраску некоторых типов неорганических веществ связывают, кроме того, с наличием в их молекулах атомов с вакантными орбиталями.

Для расчёта полос поглощения окрашенных химических соединений (исходя из их структурных формул) существуют квантовомеханические методы, которые во многих случаях дают результаты, совпадающие с экспериментом. Расчёты полос поглощения красителей, молекулы которых имеют сложное (особенно несимметричное) строение, пока трудно осуществимы.

Анализ структуры заместителей и пространственных факторов позволяет предвидеть их влияние на окраску соединений.

Введение в состав вещества хромофорной группы еще не обусловливает образование пигмента; таковой образуется только сочетанием какого-нибудь радикала, кроме хромофорной, также еще и с ауксохромовой группой, сообщающей данному веществу или кислотные, или щелочные свойства, благодаря которым вещество приобретает способность давать солеподобные соединения. Наиболее важными ауксохромовыми группами являются: карбоксил COOH, гидроксил ОН, сульфогруппа SO₃H и амидогруппа NH₂. Как сульфогруппа, так и карбоксильная группа придают данному веществу кислый характер и обусловливают способность его растворяться в воде и давать соли с веществами основного характера. Введение амидогруппы придает веществу щелочной характер. В зависимости от входящих в пигменты этих так называемых солеобразующих групп пигменты и делятся на щелочные и кислые.

ЛЕКЦИЯ 6 ХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА И РАЗНООБРАЗИЕ ПИЩЕВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ.

Дата добавления: 2014-01-06