Рекорды окраски

Одно из важнейших свойств красителя – длина волны света, отвечающая максимуму поглощения. От этой характеристики во многом зависит, какого цвета будет данное соединение. Так, если вещество поглощает свет в желтой области спектра (585–595 нм), то оно будет иметь голубой цвет; и наоборот – поглощение голубого света (440–480 нм) придает веществу желтый цвет. Обычно считают, что максимум поглощения – такая же физическая характеристика вещества, как, скажем, температура плавления. Однако часто этот максимум заметно сдвигается при смене растворителя. Это явление называется сольватохромизмом (термин образован от латинского слова solvere – «растворять» и греческого chroma – «цвет»). Из неорганических соединений самый известный пример – растворы йода: в бензине они имеют фиолетовый цвет, а в бензоле или в спирте – коричневый. Примером органического вещества, обладающего таким свойством, может служить широко распространенный в природе краситель β-каротин (на латыни carota – «морковь»). Раствор этого интенсивно окрашенного вещества в гексане имеет максимум поглощения в сине-зеленой области спектра (482 нм) и соответственно оранжевый цвет. Раствор этого же соединения в хлороформе имеет максимум при 497 нм и красную окраску, а раствор в сероуглероде поглощает в зеленой области (520 нм) и имеет пурпурный цвет. Значит, растворяя одно и то же вещество в разных средах, можно получить растворы разной окраски. Рекордсменом по части сольватохромизма является бетаиновый краситель, полное название которого – 4-(2,4,6-трифенилпиридин-1-ил)-2,6-дифенилфенолят-анион:

Структура 47

Максимум поглощения этого аниона в водном растворе приходится на синюю область (452,9 нм); это в точности совпадает с максимумом поглощения β-каротина, поэтому такой раствор должен иметь морковный цвет. Максимум поглощения того же аниона, растворенного в дифениловом эфире (С6Н5)2О, сдвигается до 809,7 нм, т. е. на невидимую инфракрасную область спектра! Таким образом, сдвиг составляет 356,8 нм – величину, бо́льшую, чем вся область видимого света (от 400 до 700 нм). Известны случаи и «обратного» сольватохромизма, когда поглощение сдвигается в синюю область спектра при переходе от полярного растворителя к неполярному. Так, одно из производных тиофена имеет максимум поглощения при 597 нм в полярном растворителе (смесь формамида и воды) и при 462 нм в неполярном (раствор гексана).

Другая важная оптическая характеристика вещества – интенсивность поглощения света в максимуме спектральной полосы. Чем сильнее это поглощение, тем сильнее и окраска. При прочих равных условиях (концентрация, толщина поглощающего слоя) она определяется молярным коэффициентом поглощения ε (раньше его называли коэффициентом экстинкции) и измеряется в единицах л/(моль · см). У красителей значения ε доходят до сотен тысяч (для сравнения: для интенсивно окрашенного фиолетового комплекса ионов меди с аммиаком в водном растворе ε = 110, а для чистого раствора медного купороса – в несколько раз меньше). К веществам с самыми высокими значениями ε относятся порфирины (от греч. porphyreos – «пурпурный»). Два рекорда были установлены в течение двух лет подряд. Сначала в 1995 г. немецкие химики синтезировали октаэтилпорфирин с максимумом поглощения при 460 нм и ε = 1 120 000 л/(моль · см), а в следующем году их английские коллеги синтезировали симметричную структуру, содержащую девять порфириновых циклов (48). Это соединение имеет сине-зеленую окраску (максимум поглощения при 620 нм) и рекордный коэффициент поглощения: ε = 1 150 000 л/(моль · см). Окраска вещества с таким коэффициентом становится заметной при его концентрации в растворе менее 10–8 моль/л (при толщине слоя 10 см).

Октаэтилпорфирин ( комплекс с платиной )