www.wikidata.uk-ua.nina.az

Хромофор Ця стаття потребує уваги й турботи фахівця у своїй галузі Будь ласка повідомте про це знайомому вам спеціалісту

Хромофор

Ця стаття потребує уваги й турботи фахівця у своїй галузі. Будь ласка, повідомте про це знайомому вам спеціалісту, або виправте її самі, якщо ви володієте відповідними знаннями. Можливо, сторінка обговорення містить зауваження щодо потрібних змін.

Хромофо́р (Від грецьк. “хрома” – забарвлення, колір.) — структурна одиниця молекули, яка відповідає за її оптичні властивості, поглинання й випромінювання світла. Хромофор відповідає за колір речовини, звідки й походить його назва (від дав.-гр. χρωμα — колір, фарба та дав.-гр. φορος — носій).

Одна з конформацій молекули хлорофілу. Хромофор — порфіринове кільце з іоном магнію

Так, зелене забарвлення хлорофілу зумовленне існуванням в ньому метало-органічного комплексу: порфірину з іоном магнію, червоне забарвлення гемоглобіну — порфірину з іоном заліза.

Майже всі хромофори відносяться до одного з двох класів:

  1. фрагменти органічних молекул з подвійними зв'язками (в тому числі системами спряжених подвійних зв'язків) та/або гетероатомами;
  2. комплекси з йонами перехідних металів.

Термін «хромофор» був запропонований в сімдесяті роки XIX століття німецьким хіміком О. Н. Віттом. Існують також певні групи, які самі по собі не є хромофорами, але посилюють здатність хромофорів поглинати світло та взагалі модифікують спектр поглинання (в першу чергу, зсувають його максимум). Такі групи в теорії Вітта називаються ауксохромами. Приклади ауксохромних груп: , , , , , , .

Пізніше ця теорія поступилася місцем квантовомеханічній, але не відійшла цілковито в область історії науки: її основні поняття досить корисні для розуміння теорії електронних спектрів і сьогодні. Щоб опукліше представити паралель між цією дещо застарілою, але наочною моделлю та строгішим квантовохімічним розглядом, звернемося до прикладів. Кожен хромофор має в електронному спектрі свою смугу поглинання. Їй відповідає певний перехід електрона з одного енергетичного рівня на інший (а кожному такому рівневі — певна молекулярна орбіталь).

Типові хромофори
Хромофорна група Перехід λmax,
нм		       εmax,      
л•моль−1•см−1
C=C 180 10000
C=O 270 15÷30
  190 1000
N=N 340 5
  150 5
C=S 520 5
C=C-C=C 220 20000
C=C-C=O 320 100
N=O 660 10
Бензольне
кільце		 260 200

Згідно з теорією молекулярних орбіталей (МО), при утворенні молекулярних орбіталей з атомних енергетичні рівні останніх розщеплюються: одна МО в результаті має нижчу енергію порівняно з енергією окремих, розділених атомів, натомість друга — вищу. Зрозуміло, що електрони займають енергетично вигіднішу позицію: на нижчій МО, яка тому й називається зв'язувальною, бо саме знаходженням електронів на ній створюється хімічний зв'язок. Вища за енергією орбіталь, навпаки, начебто розштовхує атоми; її зазвичай позначають зірочкою і називають розпушувальною (англ. repulsive, anti-bonding, рос. разрыхляющая). Так звані сигма-орбіталі утворюються об'єднанням електронних хмар вздовж лінії, що з'єднує два атоми. Пі-орбіталі мають складнішу структуру: об'єднання відбувається по обидва боки від цієї лінії. В органічних молекулах з гетероатомами (кажучи дещо спрощено, це будь-які атоми, відмінні від вуглецю та водню), крім зв'язувальних та розпушувальних сигма- та пі-орбіталей існують ще так звані незв'язувальні: неподілена електронна пара, що наявна в таких атомів, майже не бере участі в хімічному зв'язку, хоча значно впливає на спектр. Незв'язувальні орбіталі позначаються латинською літерою n. Поглинання кванта світла молекулою призводить до переходу одного з електронів з нижчого енергетичного рівня на вищий, незайнятий. Спрощену умовну схему енергетичних рівнів, що відповідають різним молекулярним орбіталям та переходам між ними, подано на малюнку.

Класифікація електронних переходів у органічних молекулах

З цієї умовної схеми легко бачити, що переходам різних типів відповідає вельми різна енергія збудження. Найбільші за енергією -переходи. Спектральні смуги, що відповідають цим переходам, мають усі молекули, але ці смуги малоспецифічні (тобто приблизно однакові для всіх, а тому несуть надто мало інформації). До того ж, вони відповідають далекому (вакуумному) ультрафіолету (нм), що створює великі технічні складнощі (на цих довжинах хвиль поглинає й повітря, чому треба працювати у вакуумі; дослідження потребують спеціальної оптики, наприклад, із сапфіру тощо).

Наявність у молекулі гетероатому дає можливість спостерігати переходи зі стану n (це електрони, які не беруть участі в формуванні хімічних зв'язків, в першу чергу електрони електронних пар, які тісно зв'язані зі своїми атомами, і якими атоми не діляться зі своїми сусідами). Ці переходи потребують меншої енергії (спостерігаються на більших довжинах хвиль). Якщо ми порівняємо спектральні властивості вуглеводнів та їхніх заміщених похідних, як-от CH3CH2NH2, CH3NH2, CH3OH, CH3SH, CH3I тощо, то побачимо, що сполуки без гетероатомів поглинають світло зі значно меншою довжиною хвилі. Так, метан поглинає при  нм, а CH3I — при  нм. Це — прояв -переходу.

За наявності подвійних (взагалі кратних) зв'язків, особливо ж спряжених -систем, можливі переходи з участю -орбіталей. Групи, що відповідальні за - та -переходи, якраз і є хромофорами. Зазвичай енергія -переходу менша, ніж , але коли спряження в системі значне, енергетичний рівень найвищої зайнятої -орбіталі може стати вищим від рівня n-орбіталі, й -перехід потребуватиме меншої енергії (або більшої довжини хвилі), ніж . Взагалі -переходам властиве менше значення : < 100 порівняно з для . Підвищення полярності розчинника або введення електронно-донорних заміщувачів зсуває переходи в червоний бік (довші хвилі), а  — в синій (коротші хвилі). При цьому збільшується коефіцієнт поглинання для -переходів. Ще більший червоний зсув спостерігається при іонізації молекул, бо значно збільшується рухомість електронної оболонки завдяки появі електрона, що не бере участі в ковалентному зв'язку. Ось чому типові фарбники — це іонізовані молекули з розвиненою системою спряження, багаті на ауксохромні групи. Як приклад можна навести фарбник родамін 3B:

Родамін 3B

Див. також Редагувати

Література Редагувати

  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
  • К. Хигаси, Х. Баба, А Рембаум. Квантовая органическая химия. Москва: Мир, 1967, с. 191-196.
  • Н. Дж. Турро. Молекулярная фотохимия. Москва: Мир, 1967, с. 55-58.
  • Ю. И. Наберухин. Лекции по молекулярной спектроскопии. Новосибирск: НГУ, 1973, с. 206-209.


Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Cya stattya potrebuye uvagi j turboti fahivcya u svoyij galuzi Bud laska povidomte pro ce znajomomu vam specialistu abo vipravte yiyi sami yaksho vi volodiyete vidpovidnimi znannyami Mozhlivo storinka obgovorennya mistit zauvazhennya shodo potribnih zmin Hromofo r Vid greck hroma zabarvlennya kolir strukturna odinicya molekuli yaka vidpovidaye za yiyi optichni vlastivosti poglinannya j viprominyuvannya svitla Hromofor vidpovidaye za kolir rechovini zvidki j pohodit jogo nazva vid dav gr xrwma kolir farba ta dav gr foros nosij Odna z konformacij molekuli hlorofilu Hromofor porfirinove kilce z ionom magniyuTak zelene zabarvlennya hlorofilu zumovlenne isnuvannyam v nomu metalo organichnogo kompleksu porfirinu z ionom magniyu chervone zabarvlennya gemoglobinu porfirinu z ionom zaliza Majzhe vsi hromofori vidnosyatsya do odnogo z dvoh klasiv fragmenti organichnih molekul z podvijnimi zv yazkami v tomu chisli sistemami spryazhenih podvijnih zv yazkiv ta abo geteroatomami kompleksi z jonami perehidnih metaliv Termin hromofor buv zaproponovanij v simdesyati roki XIX stolittya nimeckim himikom O N Vittom Isnuyut takozh pevni grupi yaki sami po sobi ne ye hromoforami ale posilyuyut zdatnist hromoforiv poglinati svitlo ta vzagali modifikuyut spektr poglinannya v pershu chergu zsuvayut jogo maksimum Taki grupi v teoriyi Vitta nazivayutsya auksohromami Prikladi auksohromnih grup O H displaystyle rm OH S O 3 H displaystyle rm SO 3 H N H 2 displaystyle rm NH 2 C O O H displaystyle rm COOH C H 3 displaystyle rm CH 3 C l displaystyle rm Cl B r displaystyle rm Br Piznishe cya teoriya postupilasya miscem kvantovomehanichnij ale ne vidijshla cilkovito v oblast istoriyi nauki yiyi osnovni ponyattya dosit korisni dlya rozuminnya teoriyi elektronnih spektriv i sogodni Shob opuklishe predstaviti paralel mizh ciyeyu desho zastariloyu ale naochnoyu modellyu ta strogishim kvantovohimichnim rozglyadom zvernemosya do prikladiv Kozhen hromofor maye v elektronnomu spektri svoyu smugu poglinannya Yij vidpovidaye pevnij perehid elektrona z odnogo energetichnogo rivnya na inshij a kozhnomu takomu rivnevi pevna molekulyarna orbital Tipovi hromofori Hromoforna grupa Perehid lmax nm emax l mol 1 sm 1C C p p displaystyle pi leftarrow pi 180 10000C O p n displaystyle pi leftarrow n 270 15 30 s n displaystyle sigma leftarrow n 190 1000N N p n displaystyle pi leftarrow n 340 5 s n displaystyle sigma leftarrow n 150 5C S p n displaystyle pi leftarrow n 520 5C C C C p p displaystyle pi leftarrow pi 220 20000C C C O p n displaystyle pi leftarrow n 320 100N O p n displaystyle pi leftarrow n 660 10Benzolnekilce p p displaystyle pi leftarrow pi 260 200Zgidno z teoriyeyu molekulyarnih orbitalej MO pri utvorenni molekulyarnih orbitalej z atomnih energetichni rivni ostannih rozsheplyuyutsya odna MO v rezultati maye nizhchu energiyu porivnyano z energiyeyu okremih rozdilenih atomiv natomist druga vishu Zrozumilo sho elektroni zajmayut energetichno vigidnishu poziciyu na nizhchij MO yaka tomu j nazivayetsya zv yazuvalnoyu bo same znahodzhennyam elektroniv na nij stvoryuyetsya himichnij zv yazok Visha za energiyeyu orbital navpaki nachebto rozshtovhuye atomi yiyi zazvichaj poznachayut zirochkoyu i nazivayut rozpushuvalnoyu angl repulsive anti bonding ros razryhlyayushaya Tak zvani sigma orbitali utvoryuyutsya ob yednannyam elektronnih hmar vzdovzh liniyi sho z yednuye dva atomi Pi orbitali mayut skladnishu strukturu ob yednannya vidbuvayetsya po obidva boki vid ciyeyi liniyi V organichnih molekulah z geteroatomami kazhuchi desho sprosheno ce bud yaki atomi vidminni vid vuglecyu ta vodnyu krim zv yazuvalnih ta rozpushuvalnih sigma ta pi orbitalej isnuyut she tak zvani nezv yazuvalni nepodilena elektronna para sho nayavna v takih atomiv majzhe ne bere uchasti v himichnomu zv yazku hocha znachno vplivaye na spektr Nezv yazuvalni orbitali poznachayutsya latinskoyu literoyu n Poglinannya kvanta svitla molekuloyu prizvodit do perehodu odnogo z elektroniv z nizhchogo energetichnogo rivnya na vishij nezajnyatij Sproshenu umovnu shemu energetichnih rivniv sho vidpovidayut riznim molekulyarnim orbitalyam ta perehodam mizh nimi podano na malyunku Klasifikaciya elektronnih perehodiv u organichnih molekulahZ ciyeyi umovnoyi shemi legko bachiti sho perehodam riznih tipiv vidpovidaye velmi rizna energiya zbudzhennya Najbilshi za energiyeyu s s displaystyle sigma leftarrow sigma perehodi Spektralni smugi sho vidpovidayut cim perehodam mayut usi molekuli ale ci smugi malospecifichni tobto priblizno odnakovi dlya vsih a tomu nesut nadto malo informaciyi Do togo zh voni vidpovidayut dalekomu vakuumnomu ultrafioletu l lt 180 displaystyle lambda lt 180 nm sho stvoryuye veliki tehnichni skladnoshi na cih dovzhinah hvil poglinaye j povitrya chomu treba pracyuvati u vakuumi doslidzhennya potrebuyut specialnoyi optiki napriklad iz sapfiru tosho Nayavnist u molekuli geteroatomu daye mozhlivist sposterigati perehodi zi stanu n ce elektroni yaki ne berut uchasti v formuvanni himichnih zv yazkiv v pershu chergu elektroni elektronnih par yaki tisno zv yazani zi svoyimi atomami i yakimi atomi ne dilyatsya zi svoyimi susidami Ci perehodi potrebuyut menshoyi energiyi sposterigayutsya na bilshih dovzhinah hvil Yaksho mi porivnyayemo spektralni vlastivosti vuglevodniv ta yihnih zamishenih pohidnih yak ot CH3CH2NH2 CH3NH2 CH3OH CH3SH CH3I tosho to pobachimo sho spoluki bez geteroatomiv poglinayut svitlo zi znachno menshoyu dovzhinoyu hvili Tak metan poglinaye pri l lt 200 displaystyle lambda lt 200 nm a CH3I pri l gt 250 displaystyle lambda gt 250 nm Ce proyav s n displaystyle sigma leftarrow n perehodu Za nayavnosti podvijnih vzagali kratnih zv yazkiv osoblivo zh spryazhenih p displaystyle pi sistem mozhlivi perehodi z uchastyu p displaystyle pi orbitalej Grupi sho vidpovidalni za p n displaystyle pi leftarrow n ta p p displaystyle pi leftarrow pi perehodi yakraz i ye hromoforami Zazvichaj energiya p n displaystyle pi leftarrow n perehodu mensha nizh p p displaystyle pi leftarrow pi ale koli spryazhennya v sistemi znachne energetichnij riven najvishoyi zajnyatoyi p displaystyle pi orbitali mozhe stati vishim vid rivnya n orbitali j p p displaystyle pi leftarrow pi perehid potrebuvatime menshoyi energiyi abo bilshoyi dovzhini hvili nizh p n displaystyle pi leftarrow n Vzagali p n displaystyle pi leftarrow n perehodam vlastive menshe znachennya ϵ displaystyle epsilon lt 100 porivnyano z ϵ gt 1000 displaystyle epsilon gt 1000 dlya p p displaystyle pi leftarrow pi Pidvishennya polyarnosti rozchinnika abo vvedennya elektronno donornih zamishuvachiv zsuvaye perehodi p p displaystyle pi leftarrow pi v chervonij bik dovshi hvili a p n displaystyle pi leftarrow n v sinij korotshi hvili Pri comu zbilshuyetsya koeficiyent poglinannya dlya p p displaystyle pi leftarrow pi perehodiv She bilshij chervonij zsuv sposterigayetsya pri ionizaciyi molekul bo znachno zbilshuyetsya ruhomist elektronnoyi obolonki zavdyaki poyavi elektrona sho ne bere uchasti v kovalentnomu zv yazku Os chomu tipovi farbniki ce ionizovani molekuli z rozvinenoyu sistemoyu spryazhennya bagati na auksohromni grupi Yak priklad mozhna navesti farbnik rodamin 3B Rodamin 3BDiv takozh RedaguvatihromoforiLiteratura RedaguvatiGlosarij terminiv z himiyi J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Doneck Veber 2008 758 s ISBN 978 966 335 206 0K Higasi H Baba A Rembaum Kvantovaya organicheskaya himiya Moskva Mir 1967 s 191 196 N Dzh Turro Molekulyarnaya fotohimiya Moskva Mir 1967 s 55 58 Yu I Naberuhin Lekcii po molekulyarnoj spektroskopii Novosibirsk NGU 1973 s 206 209 nbsp Ce nezavershena stattya z fiziki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Hromofor amp oldid 39291930