助色團

助色團

助色團(auxochrome):本身在200 nm以上不產生吸收,但其存在能增強生色團的生色能力(改變分子的吸收位置和增加吸收強度)的一類基團。

基本概念


auxochrome
分子中本身不吸收輻射而能使分子中生色基團的吸收峰向長波長移動並增強其強度的基團,如羥基胺基和鹵素等。當吸電子基(如-NO)或給電子基(含未成鍵p電子的雜原子基團,如-OH,-NH等)連接到分子中的共軛體系時,都能導致共軛體系電子云的流動性增大,分子中π→π*躍遷的能級差減小,最大吸收波長移向長波,顏色加深。這些基團被稱為助色團。助色團可分為吸電子助色團和給電子助色團。
助色團的基本特點是在基團中最少還有一對孤對電子,使其可以通過共振來增大分子的共軛體系。如果助色團位於發色團的間位位置,則基本不影響分子的顏色。
助色團可以分為兩類:
酸性助色團: -COOH,-OH,-SOH
鹼性助色團:-NHR,-NH,-NR

概念


助色基團
是一種能使化合物產生電離作用的輔助原子團(酸鹼性基團)。它能使染色的色澤進一步加深,並使其與被染色組織具有親和力。
助色基團的性質決定染料是酸性鹼性。鹼性染料具有鹼性助色基團,在溶媒中產生的帶色部分為帶正電荷陽離子,吻與組織細胞內帶負電荷的物質結合而顯色。如細胞核內的主要化學成分脫氧化核糖核酸易被蘇木素染成紫藍色,稱嗜鹼性。酸性染料具有酸性助色基團,在溶酶中產生帶色部分為陰離子,易與組織細胞內帶正電荷部分結合而顯色,此性質被稱為嗜酸性,如細胞漿內訂成分為蛋白質,易與伊紅橘黃結合呈紅色或橘黃色。
生色基
凡是能在一段光波內產生吸收的基團,就稱為這一波段的生色基/發色團/發色基團。紫外光譜的生色基一般是碳碳共軛結構,含雜原子的共軛結構,能進行n-π*躍遷的基團,能進行n-σ*躍遷並在近紫外區能吸收的原子或基團。常見的生色團有C=C-C=C,C=O,-COOH,C=C,Ph-,--NO,-CONH,-COCl,-COOR等。
助色基
具有非鍵電子的原子或基團與雙鍵或共軛體系相連時,形成p-π共軛,結果使電子的活動範圍增大,吸收向長波位移,使顏色加深。這種效應稱助色效應。這種基團稱為助色基。如:-X,-OH,-OR,-NH,-NR,-SR......等。
如:X-CH=CH-CH=O X: -NR2 -OR -SR Cl Br
λmax(增值)nm: 95 50 85 20 30
紫外吸收光譜中,助色團是指含有非成鍵N電子的雜原子飽和基團,它們本身在紫外可見光範圍內不產生吸收,但當它們與生色團或飽和烴相連時,能使該生色團的吸收峰向長波方向移動,並使吸收強度增加的基團。如-OH、-NR、-OR、-SH、-SR、-CL、-BR、-I等。
紅移和藍移
由於取代基或溶劑的影響造成有機化合物結構的變化,使吸收峰向長波方向移動的現象稱為吸收峰“紅移”。能使有機化合物的λmax向長波方向移動的基團(如助色團、生色團)稱為向紅基團。由於取代基或溶液的影響造成有機化合物結構的變化,使吸收峰向短波方向移動的現象稱為吸收峰“藍移”。能使有機化合物的λmax向短波方向移動的基團(如-CH3,-O-CO-CH3等)稱為向藍基團。
增色效應和減色效應
由於有機化合物的結構變化使吸收峰摩爾吸光係數增加的現象稱為增色效應。
由於有機化合物的結構變化使吸收峰的摩爾吸光係數減小的現象稱為減色效應。
溶劑效應
由於溶劑的極性不同引起某些化合物的吸收峰的波長、強度及形狀產生變化,這種現象稱為溶劑效應。例如異丙叉丙酮分子中有π→π*和n→π*躍遷,當用非極性溶劑正己烷時,π→π*躍遷的λmax=230nm,而用水作溶劑時,λmax=243nm,可見在極性溶劑中π→π*躍遷產生的吸收帶紅移了。而n→π*躍遷產生的吸收峰卻恰恰相反,以正已烷作溶劑時,λmax=329nm,而用水作溶劑時,λmax=305nm,吸收峰產生藍移。
又如苯在非極性溶劑庚烷中(或汽態存在)時,在230~270nm處,有一系列中等強度吸收峰並有精細結構,但在極性溶劑中,精細結構變得不明顯或全部消失呈現一寬峰。
吸收光譜又稱吸收曲線,是以波長λ(nm)為橫坐標,以吸收度A(或透光率T)為縱坐標所描繪的曲線。
共軛效應
在單鍵、雙鍵相互交替(以及其他類型)的共軛體系中,由於分子中原子間特殊的相互影響,使分子更加穩定,內能更小鍵長趨於平均化的效應。
誘導效應是指在有機分子中引入一原子或基團后,使分子中成鍵電子云密度分佈發生變化,從而使化學鍵發生極化的現象。

應用理論


染料的顏色與分子結構的關係——經典發色理論
發色團與助色團理論
根據維特(O.N.Witt)發色團與助色團理論(1876),有機化合物結構中至少需要有某些不飽和基團存在時才能發色,這些基團稱之為發色基團,主要的發色基團有-N=N-、=C=C=、-N=O、=C=O等。
維特的發色團與助色團理論在歷史上對染料化學的發展起過重要的作用,也正是這個原因,維特的發色團與助色團這兩個名稱現在還在被廣泛的使用著,不過它們的涵義已經有了根本的變化。
1、發色體:含有發色團的分子稱為發色體或色原體。
發色團被引入的愈少,顏色愈淺;發色團被引入的愈多,顏色愈深。以下情況可使顏色加深:
1)增加側鏈內的烯基數目;
2)增加羧基的數目,特別是增加彼此直接聯結的羧基;
3)以萘環代替偶氮染料中的苯環
4)把一定的取代基加入分子內。
發色體對各種被染物質也不一定具有染色能力(或親和力),能夠作為染料的有機化合物分子中還應含有助色團。
2、助色團:能加強發色團的生色作用,並增加染料與被染物的結合力的各種基團。
主要的助色團有-NHR,-NH,-NR、-OH、-OR等。此外像磺酸基(-SOH)、羧基(-COOH)等為特殊助色團,它們對發色團並無顯著影響,但可以使染料具有水溶性和對某些物質具有染色能力。
醌構理論
內容:染料之所以有顏色,是因為其分子中有醌結構存在。醌型結構可視為分子的發色團。
這個理論只能用來解釋三芳基甲烷類及醌亞胺類染料,對於偶氮苯類的有色化合物不適用。