قوانین شیمی رنگ

پایه‌ی رنگ

برخلاف اکثر ترکیبات آلی، رنگینه‌ها (Dyes) دارای رنگ هستند زیرا 1) نور را در طیف مرئی (400-700 nm) جذب می‌کنند، 2) حداقل یک رنگساز (Chromophore) (گروه دارای رفتار رنگی) دارند، 3) یک سیستم درهم آمیخته دارند، یعنی ساختاری همراه با پیوندهای متناوبت یگانه و دوگانه دارند، و 4) رزونانسی از الکترون‌ها دارند که یک عامل پایدار کننده در ترکیبات آلی است. اگر هر یک از این ویژگی‌ها از ساختار مولکول حذف شود دیگر رنگی نیست. علاوه بر رنگسازها، اکثر رنگینه‌ها همچنین دارای گروه‌هایی شناخته شده بعنوان رنگیار (auxochromes) هستند، مثال‌های این نوع گروه‌ها کربوکسیلیک اسید، سولفونیک اسید، آمینو و گروه‌های هیدروکسیل هستند. اگرچه این گروه‌ها دلیل رنگی بودن نیستند اما وجود آن‌ها می‌تواند رنگ یک ماده‌ی رنگزا را منتقل کرده و این گروه‌ها اکثرا برای تاثیر گزاری روی حلالیت رنگینه استفاده می‌شوند. شکل 1 روابط میان طول موج مرئی و رنگ جذب شده/مشاهده شده را نشان می‌دهد. عوامل دیگر شرکت کننده در رنگ در شکل 4-2 نشان داده شده است.

راجع به ضرورت رنگساز برای تولید رنگ در ترکیبات آلی، این مطلب که رنگساز باید بخشی از سیستم در هم آمیخته باشد، مهم است. این مطلب در مثال شکل 5 نشان داده شده است در جایی که می‌تواند دید که جایگیری یک گروه آزو بین گروه‌های متیل یک ترکیب بی رنگ را تولید کرده است، در حالیکه رنگ زرد-نارنجی زمانیکه گروه آزو بین حلقه‌های آروماتیک قرار گرفته بدست می‌آید. به سادگی، ساختار شکل 3 اهمیت وجود یک سیستم در هم آمیخته‌ی مبسوط را نشان می‌دهد. این شکل شاهدی است بر اینکه دو برابر کردن طول سیستم در هم آمیخته در ویتامین A برای تولید بتا-کاروتن سبب یک انتقال بتوکرومیک (bathochromic shift) شده است، یعنی تولید یک رنگ تیره.

علاوه بر تأثیر گزاری بر روی حلالیت، رنگیارها گروه‌های استخلافی ضروری در تهیه‌ی رنگ‌های مورد نظر هستند. این مطلب در شکل 6 که در آن تأثیرات گروه‌های استخلافی که در زیر آمده است نشان داده شده است، کاملا واضح است:

·         اضافه کردن گروه‌های با توانایی الکترون‌ دهندگی به ساختار آزوبنزن اثر بتوکرومیک دارد.

·         گروه‌های الکترون دهنده‌ی NH­₂ و الکترون کشنده‌ی NO₂ اگر در ساختار در هم آمیخته قرار داده شوند اثر بتوکرومیک ایجاد می‌کند. در این خصوص، گروه‌های نیترو بسیار سودمند هستند، به دلیل مشارکت نفوذ پذیریشان در ساختار رنگرزی پراکنده (disperse dye).

·         افزایش تعداد گروه‌های الکترون کشنده همراه با الکترون دهنده یک اثر بتوکرومیک ایجاد می‌کند.

·         اثرات الکترون دهندگی یک گروه آمینو با اضافه کردن گروه‌های آلکیل به اتم N تقویت می‌شود.