Chromophores: groupes, fonctions et applications

Les chromophores sont les éléments de l'atome d'une molécule responsable de la couleur. À cet égard, ils sont porteurs d'électrons différents qui, une fois stimulés par l'énergie de la lumière visible, reflètent la gamme de couleurs.

Au niveau chimique, le chromophore est responsable de l'établissement de la transition électronique de la bande du spectre d'absorption d'une substance. En biochimie, il est responsable de l'absorption de l'énergie lumineuse impliquée dans les réactions photochimiques.

La couleur perçue à travers l'œil humain correspond aux longueurs d'onde non absorbées. De cette manière, la couleur est une conséquence du rayonnement électromagnétique transmis.

Dans ce contexte, le chromophore représente la partie de la molécule responsable de l'absorption des longueurs d'onde du visible. Ce qui influence la longueur d'onde réfléchie et donc la couleur de l'élément

L'absorption du rayonnement UV est basée sur la longueur d'onde reçue par le changement du niveau d'énergie des électrons et de l'état de réception: excité ou basal. En effet, la molécule acquiert une certaine couleur lorsqu'elle capture ou transmet certaines longueurs d'onde visibles.

Groupes de chromophores

Les chromophores sont organisés en groupes fonctionnels responsables de l'absorption de la lumière visible. Les chromophores sont normalement formés par des doubles liaisons et des triples liaisons carbone-carbone (-C = C-): en tant que groupe carbonyle, le groupe thiocarbonyle, le groupe éthylène (-C = C-), le groupe imino (C = N), le groupe nitro, un groupe nitreux (-N = O), un groupe azoïque (-N = N), un groupe diazoïque (N = N), un groupe azoxy (N = NO), un groupe azométhine, un groupe disulfure (-S = S-), et des cycles aromatiques tels que la paraquinone et l'orthoquinone.

Les groupes de chromophores les plus courants sont:

  • Chromophores éthyléniques: Ar- (CH = CH) n -Ar; (n≥4)
  • Chromophores azoïques: -RN = NR
  • Chromophores aromatiques:
    • Dérivés du trifénilméthane: [Ar3CH]
    • Dérivés d'Anthraquinone
    • Phtalocyanines
    • Dérivés Hétéro-Aromatiques

Les groupes chromophores présentent des électrons résonnant à une certaine fréquence, qui capturent ou rayonnent la lumière de manière continue. Une fois attachés à un cycle benzène, naphtalène ou anthracène, ils renforcent l'absorption du rayonnement.

Cependant, ces substances nécessitent l'incorporation de molécules de groupes auxocromes, afin de renforcer la coloration, fixant et intensifiant le rôle des chromophores.

Mécanisme et fonction

Au niveau atomique, le rayonnement électromagnétique est absorbé lorsqu'une transformation électronique se produit entre deux orbitales de niveaux d'énergie différents.

Lorsqu'ils se trouvent au repos, les électrons sont dans une certaine orbitale, lorsqu'ils absorbent de l'énergie, ils passent à une orbitale supérieure et la molécule entre dans un état excité.

Dans ce processus, un différentiel d'énergie entre les orbitales est présenté, ce qui représente les longueurs d'onde absorbées. En effet, l'énergie absorbée au cours du processus est libérée et l'électron passe de l'état excité à sa forme de repos d'origine.

En conséquence, cette énergie est libérée de différentes manières, la plus courante étant la chaleur ou la libération d’énergie par la diffusion de radiations électromagnétiques.

Ce phénomène de luminescence est courant en phosphorescence et en fluorescence, lorsqu'une molécule est illuminée et acquiert de l'énergie électromagnétique se déplaçant vers un état excité; Le retour à un état basal libère de l'énergie par l'émission de photons, c'est-à-dire une lumière irradiante.

Auxchromes

La fonction des chromophores est liée à l'auxocrome. Un auxocromo constitue un groupe d'atomes qui, couplés à un chromophore, modifie la longueur d'onde et l'intensité de l'absorption, influençant ainsi la manière dont ledit chromophore absorbe la lumière.

Un auxchrome seul ne peut pas produire de couleur, mais attaché à un chromophore a la capacité d'intensifier sa couleur. Dans la nature, les auxchromes les plus courants sont les groupes hydroxyle (-OH), le groupe aldéhyde (-CHO), le groupe amino (-NH2), le groupe méthylmercaptan (-SCH3) et les halogènes (-F, -Cl, -Br, -I)

Le groupe fonctionnel des auxchromes possède une ou plusieurs paires d'électrons disponibles qui, une fois reliées à un chromophore, modifient l'absorption de la longueur d'onde.

Lorsque les groupes fonctionnels sont conjugués directement avec le système Pi du chromophore, l'absorption est intensifiée car la longueur d'onde qui capture la lumière augmente.

Comment change-t-on la couleur?

Une molécule présente une couleur en fonction de la fréquence de la longueur d'onde absorbée ou émise. Tous les éléments ont une fréquence caractéristique appelée fréquence naturelle.

Lorsque la longueur d'onde a une fréquence similaire à la fréquence naturelle d'un objet, il est plus facilement absorbé. À cet égard, ce processus est appelé résonance.

C’est un phénomène par lequel une molécule capture un rayonnement d’une fréquence similaire à celle du mouvement des électrons dans sa propre molécule.

Dans ce cas, le chromophore intervient, élément qui capte le différentiel d'énergie entre différentes orbitales moléculaires situées dans le spectre de la lumière. Ainsi, la molécule est colorée car elle capture certaines couleurs de la lumière visible.

L'intervention de l'auxocrome provoque la transformation de la fréquence naturelle du chromophore, de sorte que la couleur est modifiée, dans de nombreux cas, la couleur s'intensifie.

Chaque auxocromo produit certains effets sur les chromophores, modifiant la fréquence d'absorption des longueurs d'onde à partir de différentes parties du spectre.

Application

En raison de leur capacité à donner de la couleur aux molécules, les chromophores ont diverses applications dans la production de colorants pour l'industrie alimentaire et textile.

En effet, les colorants ont un ou plusieurs groupes chromophores qui déterminent la couleur. De même, il doit avoir des groupes auxocromos qui permettent le potentiel et fixent la couleur sur les éléments à colorer.

L'industrie de l'élaboration de produits de coloration développe des produits particuliers sur des bases répondant à des spécifications spécifiques. Une infinité de colorants industriels spéciaux ont été créés pour tous les matériaux. Résistant à divers traitements, y compris l'exposition continue au soleil et un lavage prolongé ou des conditions environnementales défavorables.

Ainsi, fabricants et fabricants jouent avec la combinaison de chromophores et d’auxchromes afin de concevoir des combinaisons qui fournissent un colorant d’une intensité et d’une résistance supérieures à faible coût.