Основы структурной теории цветности органических молекул

Попытки связать цвет органического вещества с его структурой предпринимаются исключительно давно. При­мерно сто лет назад была выдвинута порвал теория, соединившая окраску с наличием в молекуле соединений опре­деленных групп атомов.

Особое значение для структуры окрашенного соедине­ния имеет цепочка атомов С, связанных друг с другом чередующимися двойными и одинарными связями:

-СН=СН-СН=СН- и т. д.

В таких цепочках проявляется эффект сопряжения. Происходит как бы выравнивание двойных и одинарных связей:

Перекрывание орбиталей, на которых находятся π-электроны, таково, что появляется возможность образования как бы дополнительной связи и между теми углеродными атомами, которые соединены одинарной связью; все атомы охватываются едиными молекулярными орбиталями. Элек­трон получает возможность передвигаться по всей моле­куле в целом.

С подобным эффектом сопряжения мы встречаемся при изучении свойств бензола, у которого невозможно разли­чить отдельные двойные и одинарные связи; да их в молекуле СбНб и нет — все связи равноценные (рис. 12).

Однако образование таких делокализованных л-связей накладывает ограничение на строение молекулы: чтобы электронные орбитали могли перекрываться, атомы в мо­лекуле должны лежать хотя бы примерно в одной плос­кости.

Рис. 12. Электронное строение молекулы бензола: а — σ-связи; б — π--связи.

Опытным путем еще до того, как были открыты зако­номерности электронного строения и его изменение при взаимодействии молекулы вещества с лучом света, удалось подметить наиболее важное по влиянии структурных фрагментов молоекул па цвет соединений. Так оказалось, что удлинение цепи сопряженных двойных связей приво­дит к переходу от бесцветного или слабоокрашенного к темным цветам:

Если вместо простых ароматических ядер (типа бен­зольных) появляются конденсированные (типа нафтали­на), то это вызывает углубление цвета,

Группы С = О, связанные друг с другом, вызывают более глубокий цвет соединения:

Более прочная и более тесная связь между атомами угле­рода, относящимися к отдельным частям молекулы, при­водит к более интенсивной и более глубокой окраске:

Кроме цепей сопряжения, ответственными за цвет являются и другие группы атомов, между которыми тоже имеются ненасыщенные связи. Такие группы, благодаря которым возникает возможность появления цвета у веще­ства, получили название хромофоры от греческих слов «хрома» — цвет и «форео» — несу, иначе говоря — «несущие цвет». Вот примеры нескольких таких групп:

Вещества, содержащие хромофоры, называются хромо­генами. Сами по себе эти вещества еще не являются кра­сителями, потому что не отличаются ни яркостью, ни чистотой цвета. Объясняется это тем, что хотя и происходит в таких молекулах перераспределение электронов и их энергии, но не настолько, чтобы избирательно и в значи­тельном количестве поглощать кванты света только одной определенной длины волны. Такая возможность появля­ется лишь после того, как в молекулу соединения будут введены группы, отличающиеся либо резко выраженным сродством к электрону, либо способные свои электроны в значительной мере отдавать в общее пользование. Одним словом, такие группы, которые резко меняют состояние электронов в хромофорных группировках.

Группы, усиливающие окраску веществ, называются ауксохромы (от греческого слово «ауксо» — увеличиваю). Существует два типа таких групп:

Только после введения ауксохромов цвет соединения становится чистым (начинается избирательное поглощение лучей определенной длины волны) и достаточно интенсив­ным (падающий свет легко сдвигает электроны в молеку­ле). Наибольший эффект достигается, когда в молекуле соединения присутствуют одновременно и электронодонорные и электронофильные группы атомов. Одни из них отдают, а другие соответственно притягивают электроны общей электронной системы молекулы.

Итак, из структурных особенностей органических мо­лекул для появления цвета у вещества имеют значение следующие: 1) цепочка из чередующихся одинарных и двойных связей (при этом в такой цепочке могут участво­вать и двойные связи не только между углеродными ато­мами) ; 2) наличие групп или атомов, сильно притягиваю­щих или, наоборот, легко отдающих свои электроны в об­щую электронную систему молекул; 3) атомы в молекуле должны лежать в одной плоскости (или весьма близко к этому состоянию).

Все это подчинено одной цели — легкости воздействия квантов видимого света на электронную систему молекул и перевод ее в возбужденное состояние.

Copyright © 2025 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru