Grupy, funkcje i zastosowania chromoforów



The chromofory są elementami atomu cząsteczki odpowiedzialnej za kolor. Pod tym względem są nośnikami różnych elektronów, które po pobudzeniu energią światła widzialnego odzwierciedlają zakres kolorów.

Na poziomie chemicznym chromofor jest odpowiedzialny za ustanowienie elektronicznego przejścia pasma widma absorpcji substancji. W biochemii odpowiada za absorpcję energii światła zaangażowanej w reakcje fotochemiczne.

Kolor postrzegany przez ludzkie oko odpowiada nieabsorbowanej długości fali. W ten sposób kolor jest konsekwencją transmitowanego promieniowania elektromagnetycznego.

W tym kontekście chromofor reprezentuje część cząsteczki odpowiedzialną za absorpcję długości fal w zakresie widzialnym. Co wpływa na długość fali odbitej, a zatem na kolor elementu.

Absorpcja promieniowania UV opiera się na długości fali odbieranej przez zmianę poziomu energii elektronów i stanu odbioru: wzbudzonego lub podstawowego. W efekcie cząsteczka uzyskuje określony kolor, gdy przechwytuje lub transmituje pewne widzialne długości fal.

Indeks

  • 1 Grupy chromoforyczne
  • 2 Mechanizm i funkcja
    • 2.1 Auxchromes 
  • 3 Jak zmienia się kolor?
  • 4 Zastosowanie
  • 5 referencji

Grupy chromoforowe

Chromofory są zorganizowane w grupy funkcyjne odpowiedzialne za absorpcję światła widzialnego. Chromofory są zwykle tworzone przez podwójne wiązania węgiel-węgiel i wiązania potrójne (-C = C-): jako grupa karbonylowa, grupa tiokarbonylowa, grupa etylenowa (-C = C-), grupa iminowa (C = N), grupa nitrowa, grupa nitrowa (-N = O), grupa azowa (-N = N-), grupa diazowa (N = N), grupa azoksylowa (N = NO), grupa azometynowa, grupa disiarczkowa (-S = S-), i pierścienie aromatyczne, takie jak paraquinon i ortochinon.

Najczęstsze grupy chromoforowe to:

  • Chromofory etylenowe: Ar- (CH = CH) n-Ar; (n≥4)
  • Azo Chromophores: -R-N = N-R
  • Aromatyczne chromofory:
    • Pochodne trifenilmetanu: [Ar3CH]
    • Pochodne antrachinonu
    • Ftalocyjaniny
    • Heteroaromatyczne pochodne

Grupy chromoforowe prezentują elektrony rezonujące z pewną częstotliwością, które wychwytują lub emitują światło w sposób ciągły. Po przyłączeniu do pierścienia benzenowego, naftalenu lub antracenu, wzmacniają one absorpcję promieniowania.

Substancje te wymagają jednak włączenia cząsteczek grup auksokromowych, aby wzmocnić zabarwienie, utrwalić i wzmocnić rolę chromoforów.

Mechanizm i funkcja

Na poziomie atomowym promieniowanie elektromagnetyczne jest pochłaniane, gdy zachodzi transformacja elektroniczna między dwoma orbitałami o różnych poziomach energii.

Gdy elektrony zostają znalezione w spoczynku, znajdują się w pewnym orbicie, kiedy pochłaniają energię, elektrony przechodzą do wyższego orbitalu, a cząsteczka przechodzi w stan wzbudzony.

W tym procesie prezentowana jest różnica energii między orbitałami, która reprezentuje absorbowane długości fal. W efekcie energia pochłonięta podczas procesu zostaje uwolniona, a elektron przechodzi ze stanu wzbudzonego do pierwotnej formy spoczynkowej.

W konsekwencji energia ta jest uwalniana na różne sposoby, najczęściej w postaci ciepła lub uwalniania energii poprzez dyfuzję promieniowania elektromagnetycznego.

To zjawisko luminescencji jest powszechne w fosforescencji i fluorescencji, gdzie cząsteczka jest oświetlona i uzyskuje energię elektromagnetyczną przemieszczającą się do stanu wzbudzonego; przez powrót do stanu podstawowego energia jest uwalniana przez emisję fotonów, czyli promieniowanie światła.

Auxchromes 

Funkcja chromoforów jest związana z auksokromami. Auksokrom stanowi grupę atomów, które w połączeniu z chromoforem modyfikują długość fali i intensywność absorpcji, wpływając na sposób, w jaki chromofor absorbuje światło.

Sam auxchrome nie może wytworzyć koloru, ale przyczepiony do chromoforu ma zdolność do intensyfikacji jego koloru. W naturze najpowszechniejszymi auksochromami są grupy hydroksylowe (-OH), grupa aldehydowa (-CHO), grupa aminowa (-NH2), grupa merkaptanu metylowego (-SCH3) i halogeny (-F, -Cl, -Br, -I).

Grupa funkcjonalna auksokromów przedstawia jedną lub więcej par dostępnych elektronów, które po połączeniu z chromoforem modyfikują absorpcję długości fali.

Gdy grupy funkcyjne są sprzężone bezpośrednio z układem Pi chromoforu, absorpcja jest intensyfikowana, ponieważ długość fali wychwytującej światło jest zwiększona.

Jak zmienia się kolor?

Cząsteczka ma kolor w zależności od częstotliwości absorbowanej lub emitowanej długości fali. Wszystkie elementy mają charakterystyczną częstotliwość zwaną częstotliwością naturalną. 

Gdy długość fali jest częstotliwością podobną do naturalnej częstotliwości obiektu, jest ona łatwiej absorbowana. W związku z tym proces ten jest znany jako rezonans.

Jest to zjawisko, dzięki któremu cząsteczka wychwytuje promieniowanie o częstotliwości podobnej do częstotliwości ruchu elektronów własnej cząsteczki.

W tym przypadku chromofor interweniuje, element wychwytujący różnicę energii między różnymi orbitałami molekularnymi, które znajdują się w widmie światła, w taki sposób, że cząsteczka jest zabarwiona, ponieważ przechwytuje pewne kolory światła widzialnego.

Interwencja auksokromów powoduje transformację naturalnej częstotliwości chromoforu, więc kolor jest modyfikowany, w wielu przypadkach kolor nasila się.

Każdy auksokrom powoduje pewne efekty na chromoforach, modyfikując częstotliwość absorpcji długości fal różnych części widma.

Aplikacja

Ze względu na swoją zdolność do nadawania koloru cząsteczkom, chromofory mają różne zastosowania w produkcji barwników dla przemysłu spożywczego i tekstylnego.

W efekcie barwniki mają jedną lub więcej grup chromoforowych, które określają kolor. Ponadto musisz mieć grupy auxocromos, które pozwalają na potencjał i naprawić kolor elementów, które będą kolorować.

Przemysł opracowywania produktów barwiących opracowuje konkretne produkty w bazach do określonych specyfikacji. Dla każdego materiału stworzono nieskończoną ilość specjalnych barwników przemysłowych. Odporny na różne zabiegi, w tym ciągłą ekspozycję na światło słoneczne i długotrwałe pranie lub niekorzystne warunki środowiskowe.

Tak więc producenci i przemysłowcy bawią się kombinacją chromoforów i auksomów, aby zaprojektować kombinacje, które zapewniają barwnik o większej intensywności i odporności przy niskim koszcie.

Referencje

  1. Chromofor (2017) Kompendium terminologii chemicznej IUPAC - złota księga. Źródło: goldbook.iupac.org
  2. Santiago V. Luis Lafuente, María Isabel Burguete Azcárate, Belén Altava Benito (1997) Wprowadzenie do chemii organicznej. Universitat Jaume I. D.L. wyd. IV. Títol V. Série 547. ISBN 84-8021-160-1
  3. Sanz Tejedor Ascensión (2015) Przemysł barwników i pigmentów. Organic Organic Chemistry. Szkoła Inżynierii Przemysłowej Valladolid. Odzyskane w: eii.uva.es
  4. Shapley Patricia (2012) Absorbing Light with Organic Molecules. Chemistry 104 Index. University of Illinois. Odzyskane w: chem.uiuc.edu
  5. Peñafiel Sandra (2011) Wpływ zmiękczania bazami kwasów tłuszczowych w zmianie odcienia w 100% tkaninach bawełnianych barwionych barwnikami reaktywnymi o niskiej reaktywności. Repozytorium cyfrowe Politechnika Północna. (Praca dyplomowa).
  6. Reusch William (2013) Widoczna i ultrafioletowa spektroskopia. IOCD Międzynarodowa Organizacja Nauk Chemicznych w Rozwoju. Źródło: chemistry.msu.edu