Methin farvestoffer

Methinfarvestoffer  er en klasse af syntetiske og naturlige farvestoffer , der i deres sammensætning indeholder elektrondonerende og elektrontiltrækkende grupper forbundet med kæder af frie eller substituerede methingrupper -CH = og indeholdende et ulige antal carbonatomer i en sådan kæde. I lang tid blev alle methinfarvestoffer kaldt cyanin (fra græsk ϰυανός  - blå) ved navnet på den første opnåede repræsentant, men senere forblev navnet " cyaninfarvestoffer " kun i undergruppen, hvor aromatiske heterocykler er forbundet med en metinkæde . Polymethinfarvestoffer er en undergruppe af methinfarvestoffer, der indeholder mere end én methingruppe.

De bruges i medicin og biologi, produktion af fotografiske produkter, lasere og andre teknologiområder, der bruger de sensibiliserende og fluorescerende egenskaber af denne gruppe farvestoffer.

Historie

Den første syntetiske repræsentant for klassen af ​​methinfarvestoffer - cyanin (også kendt som quinolinblåt eller cyaninblåt) blev opnået ved University of Glasgow af Greville Williams i samme 1856, da William Perkin opdagede det første syntetiske farvestof - mauveine , som gør cyanin til en. af de ældste kunstige farvestoffer. Syntesen af ​​cyanin blev standard for at opnå alle simple cyaninfarvestoffer - for at opnå det opvarmede Williams en blanding af iodisoamylater af quinolin og lepidin med en stærk alkali [1] .

Et år senere, i 1857, opnåede den tyske kemiker Lambert von Babo uafhængigt af Williams quinolinsalte med alkylsulfater, som han gav navnene henholdsvis methyl- og ethylirisiner og karakteriserede dem som "en af ​​de smukkeste forbindelser i organisk kemi" [2] .

Lidt senere, i 1875, blev cyanin et af de første farvestoffer, hvor Hermann Vogel opdagede fotografisk aktivitet - evnen til at sensibilisere fotografisk materiale i det orange-røde område (580-610 nm). Den praktiske brug af cyaninblåt i fotografering varede ikke længe på grund af dets skrøbelighed og tilsløring af emulsionen, men cyaninderivater - methinfarvestoffer viste sig at være den eneste klasse af farvestoffer (med meget få undtagelser) egnede til brug som optiske sensibilisatorer i fotoindustrien. På grund af luftfotograferingens betydning for rekognoscering under Første Verdenskrig, blev methinfarvestoffet nøje undersøgt af et stort antal forskere, først i Tyskland, og derefter, på grund af mangel på sensibilisatorer, i Storbritannien og USA , hvilket førte til syntesen af ​​et stort antal derivater og identifikation af nye vigtige egenskaber, de resulterende forbindelser [1] . En af de væsentlige opdagelser i denne periode var syntesen af ​​pinacyanol af Benno Homolka i 1905, som gjorde det muligt at etablere industriel produktion af fotografiske materialer, der er følsomme over for hele det synlige område af spektret [3] .

Senere arbejde, udført i 1915-1925, gjorde det muligt nøjagtigt at fastslå strukturen af ​​cyaninfarvestoffer. Som tidligere antaget viste de på det tidspunkt opnåede cyaninfarvestoffer at bestå af to heterocykler forbundet med en monomethin- eller threemethin-kæde. I 1930'erne blev en vigtig gruppe af merocyaniner syntetiseret, som vandt betydelig popularitet for infrarød sensibilisering, og i 1950'erne-1960'erne gik forskerne over til syntesen af ​​methinfarvestoffer, hvor andre kondenserede systemer blev brugt i stedet for nitrogenholdige heterocykler [ 3] .

Nomenklatur

Methinfarvestoffer kan klassificeres efter ladningen af ​​molekylet i kationiske (cyaniner, streptocyaniner og andre), anioniske (oxonoler) og neutrale (neutrocyaniner eller merocyaniner). I betragtning af at de elektrondonerende og elektrontiltrækkende grupper i sammensætningen af ​​methinfarvestofmolekylet kan udveksle ladning langs konjugationskæden, ser bindingsskemaerne for dem ud som følger [4] [5] :

Af disse grupper er det kun kationiske og neutrale, der betyder noget i industrien [4] .

I henhold til antallet af methingrupper klassificeres disse farvestoffer i mono-, di-, tri-, penta- og så videre op til polymethincyanin. Der er nullmethinforbindelser indeholdende en phenylgruppe direkte bundet til en nitrogenholdig heterocyklus [4] . Methinfarvestoffer omfatter også molekyler, hvor kernerne er direkte forbundet med en binding mellem carbonatomerne, der indgår i kernerne, det vil sige, at de slet ikke indeholder en methinkæde [6] .

Efter antallet af vinylengrupper (-CH=CH-) kan gruppen opdeles i: at have én vinylengruppe, carbocyanin, to-dicarbocyanin, tre-tricarbocyanin osv. [4] .

Methinfarvestoffer havde i begyndelsen det almindelige navn "cyaninfarvestoffer", afledt af navnet på den første repræsentant. Senere, efter syntesen og undersøgelsen af ​​forskellige klasser af disse farvestoffer, begyndte kun forbindelser, hvor aromatiske heterocykler er placeret i begge ender af kæden, at blive kaldt cyaninfarvestoffer; ", thiazol - "thia" osv. [4] [5 ] .

Fysiske og kemiske egenskaber

De har enhver farve, normalt i området fra gul til grøn, nogle gange farveløse. Vandige og alkoholiske opløsninger er kendetegnet ved høj mætning og en ren farvenuance, hvilket forklares af et smalt absorptionsbånd. Farverenhed er mere udtalt i symmetriske farvestoffer. Værdien af ​​den molære ekstinktionskoefficient varierer fra 30.000 til 250.000, stigende sammen med kædeforlængelsen [4] .

Ustabil over for virkningen af ​​oxidationsmidler, men stabil ved interaktion med reduktionsmidler. Misfarvet af syrer på grund af protonering af donorkernen og genopretter deres oprindelige farve i neutrale medier. De danner ustabile carbinolbaser, som nedbrydes med ødelæggelsen af ​​methinkæden under påvirkning af alkalier, og forbindelser med en kort kæde er mere stabile. Lysægtheden aftager med stigende længde af metinkæden [4] .

Ansøgning

Næsten alle methinfarvestoffer giver den sølvbaserede fotografiske emulsion øget følsomhed i det synlige og infrarøde område, hvilket bestemte deres vigtige rolle som fotografiske sensibilisatorer. Sensibiliseringsmaksimumet korrelerer med farvestoffets absorptionsspektrum, men forskydes til længere bølgelængder [4] .

Farvestoffer, der tilhører kationiske grupper, anvendes i tekstilindustrien til farvning af polyacrylonitrilfibre, nogle polyestere og polyamider, hvori der er indført syregrupper, hvilket sikrer farveægthed. Sådanne kationiske farvestoffer bruges også til farvning af naturligt læder, opnåelse af blæk og stempelblæk og fremstilling af carbonpapir [4] .

Nogle monomethinfarvestoffer og deres aza-analoger bruges som optiske blegemidler på grund af deres farveløshed og stærke fluorescerende egenskaber [4] .

Methinfarvestoffer er meget brugt i laserteknologi til at opnå både aktive og passive medier på grund af disse farvestoffers evne til at fluorescere og selektive spektrale egenskaber [5] .

I biologi og medicin bruges de som optiske indikatorer [5] .

Ved at behandle styrylfarvestoffer med alkaliske opløsninger opnås farveløse spiropyraner, hvorfra farveløse carbonpapirer opnås ved at deponere lag af mikrokapsler med en farveløs farveform og et fyldstof med let sure egenskaber (kaolin, silicageler og andre) ovenpå. Mekanisk virkning på sådant papir fører til ødelæggelse af mikrokapsler og overgangen af ​​spiropyraner til en farvet form. Spiropyraner, hvor aminogruppen er erstattet af en nitrogruppe, har fotokrome egenskaber og pletter under påvirkning af ultraviolette stråler og misfarves i mørke. Sådanne forbindelser bruges i film til fotografisk optagelse af information [4] .

Noter

  1. ↑ 1 2 Venkataraman, 1957 , s. 1305-1307.
  2. ↑ Hamer, 1964 , s. fire.
  3. ↑ 1 2 James, 1980 , s. 193-194.
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Troyanov, 1992 .
  5. ↑ 1 2 3 4 Shapiro .
  6. ↑ Venkataraman, 1957 , s. 1308.

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier