ほとんどの有機化合物が無色/白色なのはなぜですか?

有機化合物はしばしば白く見えるため、互いに見分けがつきません。これは、分子内の電子遷移によるものです。

ある日、すべての錠剤が白いように見えるため、間違った薬を服用したことに気付きます。あなたは、より識別可能な薬をあなたに与えなかったことで医者を責めます.これが、現在非常に多くの医薬品が着色されている理由です。視覚的にわかりやすく区別できるようにする .医薬品は主に有機化合物で構成されており、ほとんどの有機化合物と同様に無色/白色です。

有機化合物とは?

有機化合物は、主に炭素 (C) と水素 (H) 原子を含む分子です。酸素 (O)、窒素 (N)、硫黄 (S)、シリコン (Si) などの他の原子も存在しますが、最初の 2 つに比べて量が少なくなります。

これらの原子は、有機化合物をその固有の特性に基づいてさまざまなグループに特徴付けるのに役立ちます.

アミノ酸のリスト – 単純な有機化合物で構成されるタンパク質のビルディング ブロック (写真提供:クロマトス/シャッターストック)

かつて、有機化学は「生命の化学」であると考えられていました。生物は豊富な数の有機化合物で構成されていたため、「有機」という用語が得られました。 「有機化学」と呼ばれる壮大な研究の主役は、炭素です。 その四価性とカテネーションの重要な特性によるものです.

現在知られている有機化合物は 6,000 万を超え、さらに多くの化合物が発見または発明されるのを待っています.

色彩理論

色について話すときは、単に「目に見えるものは実際にはそこにない」ことを覚えておく必要があります。

ばかげているように聞こえますよね?

空の青色と T シャツの赤色がはっきりとわかります。目がおかしいと思うかもしれませんが、そうではありません。

しかし、それは逆です。実際に見える色はそうではありません 物質に含まれる色ではなく、その補色です。これは直感に反するように聞こえるかもしれませんが、本当です。

私たちが身の回りで目にする色はすべて、電磁スペクトルの可視部分に含まれています。白色光自体は多くの色のスペクトルであり、すべての色/色合いには対応する波長があります。

光が物質に当たると、一部は吸収され、残りは反射されます。反射した光が私たちの目に届き、それが私たちが見ている色です。

カラー ホイール - 補色の描写 (写真提供:aekikuis/Shutterstock)

私たちの多くが美術の授業で見たことがあるはずのカラー ホイールがこれを示しています。私たちが見ている色と、吸収された補色です。

したがって、黄色い花を見たときに、実際に吸収した色は紫です。

極端な場合、白く見える物質はすべての波長を反射したことを示し、黒く見える物質はすべての波長を吸収し、何も反射しなかったことを意味します。

紫外可視分光法

分光法は、化学者が有機分子の構造とその特性を理解するための重要な技術です。この技術では、目的の分子に電磁放射 (波長は使用する分光法の種類によって異なります) を照射し、振動、回転、エネルギーなどに関するさまざまな励起レベル (電子的および原子的) を引き起こします。これが化合物に与える影響が研究され、その特性が解明されています。

長波長 (左) から短波長 (右) までの電磁スペクトル (写真提供者:Fancy Tapis/Shutterstock)

紫外可視分光法は、特定の化合物の色特性を調べるために使用されます。使用される波長は 200 nm ～ 800 nm です。 200 nm 未満の領域は遠紫外領域と呼ばれ、真空条件が必要なためあまり研究されていません。化合物に一連の波長を照射し、最大吸収を示す波長を λ とします。 最大 可視領域にある場合、その相補波長が見られます。

エレクトロニック トランジション

UV 分光法では、電子遷移が最も重要です。結合した電子は入射波長からエネルギーを受け取り、それが十分であれば、より高いエネルギー準位に昇格します。写真に示されているように、関与する結合の種類に応じて、電子はいくつかの層に励起されます。

入射波長からのエネルギー吸収による電子遷移。 (写真提供:クリエイティブ コモンズ)

ご覧のとおり、σ → σ* 遷移は最も高いエネルギーを必要とし、n → σ* 遷移がそれに続きます。すべての有機化合物は主にシグマ C-C および C-H 結合を持ち、反結合シグマ軌道への遷移には遠紫外領域の波長が必要です。したがって、色を示さず、すべての可視スペクトル波長を反射して白く見えます。

n → σ* 遷移は、共有されていない電子対 (n 電子）。この遷移も UV 領域 (160 nm ～ 200 nm) にありますが、前の遷移に比べて必要なエネルギーは少なくなります。したがって、飽和アルコール、エーテル、ハロゲン化物、ケトン、アルデヒドなどの化合物も無色/白色に見えます。

有色有機化合物はどうですか?

カラフルな有機化合物は無数に存在します。結局のところ、染料業界全体がこの現象に基づいています。染料も有機化合物です。有機化合物は、身の回りにあるカラフルなものすべての基礎となっているからです。

発色団 – 発色団は、吸収波長が電磁スペクトルの可視領域にあるため、有機化合物に色を与える官能基または原子のグループです。これは、電子遷移に必要なエネルギーがはるかに少ないことを意味します.

π → π* および n → π* 遷移には、主に近紫外領域と可視領域の波長が必要です。例としては、-C≡C-、-C=O-、-N=N-、R-NO2、-COOH、-CONH2 などがあります。

助クロム – 助色団自体は、分子の色に変化をもたらしませんが、代わりに、より長い波長 (可視領域) に向かって分子の吸収能力を高めます。例:-OH、-OR、-NH 2 、-NR 2 、-SH など。ベンゼン ( -C=C- 共役が発色団) は 255 nm で λ max を持ち、アニリン ( -NH2 は助色団) 280 nm に λ max があります。

結論

有機化合物には豊富な量の C-C および C-H 結合があります。これらの結合の電子はシグマ結合であり、より高いエネルギー準位に昇格するにはより多くのエネルギーを必要とします。この種のエネルギーは、可視領域ではなく、スペクトルの紫外領域の波長でのみ利用できます。したがって、すべての入射波長が反射するため、物質は白/無色に見えます。