DOI: https://doi.org/10.18524/2304-0947.2019.3(71).177732

КИСЛОТНО-ОСНОВНІ РІВНОВАГИ У РОЗЧИНАХ НОВИХ 4-ГІДРОКСИСТИРИЛОВИХ БАРВНИКІВ НА ОСНОВІ 1-ОКТИЛПІРИДИНІЮ

A. N. Chebotarev, Yu. P. Zhukova, Ya. I. Studenyak, D. V. Snigur

Анотація


У даній роботі кольорометричним і спектрофотометричним методами вивчені кислотно- основні властивості ряду нових 4-гідроксистирилових барвників на основі 1-октилпіридинію у розчинах. Досліджувані сполуки отримані при взаємодії еквівалентних кількостей відповідних солей гетероциклічних метиленових основ з 4-гідроксиальдегідами в ацетонітрилі. Відзначено переваги кольорометричного методу при дослідженні кислотно-основних рівноваг у водних розчинах барвників. Показано, що використання даних про зміну величин кольорометричних функцій в залежності від кислотності середовища дозволяє визначити константи іонізації функціональних груп 4-гідроксистирилових барвників. Показано, що кількісний опис кольору об’єктів різної природи шляхом розрахунку їх колірних координат на основі спектрофотометричних даних дозволяє отримувати інформацію про їх стан в розчинах. Використання величин кольорометричних функцій іонно-молекулярних форм 4-гідроксистирилових барвників в якості аналітичного сигналу дозволяє отримати цілісну картину про існуючі кислотно-основні рівноваги в широкому діапазоні кислотності середовища. Ґрунтуючись на отриманих експериментальних даних, запропонована ймовірна схема кислотно-основних рівноваг у водних розчинах 4-гідроксистирилових барвників. Показано, що в помірно кислому середовищі 4-гідроксистирилові барвники існують в протонованій однозарядній катіонній формі, а при підвищенні рН відбувається дисоціація фенольного гідроксилу і таутомеризація з утворенням мероціанінової форми. Побудовано відповідні діаграми розподілу іонно-молекулярних форм 4-гідроксистирилових барвників залежно від кислотності середовища.


Ключові слова


кольорометрія; спектрофотометрія; 4-гідроксистирилові барвники; кислотно-основні рівноваги; константи йонізації

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Prasad K., Raheem S., Vijayaleksmi P., Sastri C. Basic aspects and application of tristimulus colorimetry. Talanta, 1996, vol. 43, no 8, pp. 1187-1206. https://doi.org/10.1016/0039-9140(96)01871-1

Ivanov V.M., Kuznetsova O.V. Chemical chromaticity: potential of the method, application areas and future prospects. Russ. Chem. Rev., 2001, vol. 70, no 5, pp. 357-373. https://doi.org/10.1070/RC2001v070n05ABEH000636

Chebotarev A.N., Snigur D.V., Bevziuk K.V., Efimova I.S. Analiz tendencij razvitija metoda himicheskoj cvetometrii (Obzor). Methods and objects of chemical analysis, 2014, vol. 9, no 1, pp. 4 – 11. (in Russian)

Snigur D. V., Chebotarev A. N., Bevziuk K. V. Acid–base properties of azo dyes in solution studied using spectrophotometry and colorimetry. J. Appl.Spectr., 2018, vol. 85, no 1, pp. 21-26. https://doi.org/10.1007/s10812-018-0605-9

Ishchenko A. A., Kulinich A. V., Shishkina S. V. Effect of donor terminal group and polymethine chain length on structure of merocyanine dyes in the crystal state. Dyes and Pigments, 2017, vol. 145, pp. 181-188. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.06.009

Tanaka Y., Yoshida N., Nakano H. Three‐dimensional reference interaction site model self‐consistent field analysis of solvent and substituent effects on the absorption spectra of B rooker’s merocyanine. J. Comput.Chem., 2015, vol. 36, no 22, pp. 1655-1663. https://doi.org/10.1002/jcc.23980

Kulinich A. V., Kurdyukov V. V., Ishchenko A. A. Effect of bulky substituents in the donor and acceptor terminal groups on solvatochromism of Brooker’s merocyanine. New J. Chem, 2019, vol. 43, no 19, pp. 7379-7385. https://doi.org/10.1039/C9NJ00831D

Gruda I., Bolduc F. Spectral properties and basicity of stilbazolium betaines containing bulky substituents on the quinoid ring. J. Org. Chem., 1984, vol. 49, no 18, pp. 3300-3305. https://doi.org/10.1021/jo00192a010

Hisamoto H., Tohma H., Yamada T., Yamauchi K. I., Siswanta D., Yoshioka N., Suzuki K. Molecular design, characterization, and application of multi-information dyes for multi-dimensional optical chemical sensing. Molecular design concepts of the dyes and their fundamental spectral characteristics. Anal. Chim. Acta, 1998, vol. 373, pp. 271-289. https://doi.org/10.1016/S0003-2670(98)00421-8

Van Bezouw S., Campo J., Lee S.H., Kwon O.P., Wenseleers W. Organic Compounds with Large and High-Contrast pH-Switchable Nonlinear Optical Response. J. Phys. Chem. C., 2015, vol. 119, no 37, pp. 21658-21663. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b06968

Reichardt C. Pyridinium-N-phenolate betaine dyes as empirical indicators of solvent polarity: Some new findings. Pure Appl. Chem., 2008, vol. 80, no 7, pp. 1415-1432. https://doi.org/10.1351/pac200880071415

Fidale L.C., Heinze T., El Seoud O.A. Perichromism: A powerful tool for probing the properties of cellulose and its derivatives. Carbohyd. Polym., 2013, vol. 93, no 1, pp. 129-134. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.06.061

Nandi L.G., Nicoleti C.R., Bellettini I.C., Machado V.G. Optical chemosensor for the detection of cyanide in water based on ethyl(hydroxyethyl)cellulose functionalized with brooker’s merocyanine. Anal. Chem., 2014, vol. 86, no 10, pp. 4653-4656. https://doi.org/10.1021/ac501233x

Krieg R., Eitner A., Günther W., Halbhuber K.J. Optimization of heterocyclic 4-hydroxystyryl derivatives for histological localization of endogenous and immunobound peroxidase activity. Biotech. Histochem., 2007, vol.82, no 4–5, pp. 235-262. https://doi.org/10.1080/10520290701714013

Prukała D., Prukała W., Gierszewski, M., Karolczak, J., Khmelinskii, I., Sikorski, M. The effects of pH and hydrogen bonds on photophysical properties of N-(4-bromobenzyl) substituted hydroxystilbazolium hemicyanine and merocyanine. Dyes and Pigments, 2014, vol. 108, pp. 126-139. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2014.04.013

Prukała D., Prukała W., Gierszewski M., Karolczak J., Khmelinskii I., Sikorski M. Influence of pH on photophysical properties of (E)-1-(4-chlorobenzyl)-4-(4-hydroxystyryl)pyridinium chloride. Photochem. Photobiol. Sci., 2012, vol. 11, no 9, pp. 1454-1464. https://doi.org/10.1039/C2PP25063B

Zhukova Yu.P., Studenyak Ya.I. Protolitychni ta spektrofotometrychni harakterystyky 4-gidroksistyrylovyh barvnykiv. Sci. Bull. Uzhgorod Univ. (Ser. Chem.), 2014, no 2 (32), pp. 38-42. (in Ukrainian)

Zhukova Yu.P., Studenyak Ya.I. Sol’vatohromni ta protonohromni vlastyvosti 4-gidroksistyrylovyh barvnykiv. Sci. Bull. Uzhgorod Univ. (Ser. Chem.), 2015, no 2 (34), pp. 40-44. (in Ukrainian)

Chebotarev A.N., Snigur D.V., Zhukova Yu.P., Bevziuk K.V., Studenyak Ya.I., Bazel Ya.R. Tristimulus colorimetric and spectrophotometric study of the state of 4-hydroxystyryl dyes in aqueous solutions. Russ. J. Gen. Chem., 2017, vol. 87, no 2, pp.196-203. https://doi.org/10.1134/S1070363217020074

Chebotarev A.N., Snigur D.V. Study of the acid-base properties of quercetin in aqueous solutions by color measurements. J. Analyt. Chem., 2015, vol. 70, no. 1, pp. 55-59. https://doi.org/10.1134/S1061934815010062

Zhukova Yu., Studenyak Ya., Fetjko L., Pogan D. Assessment of the composition of aqueous-organic mixtures by solvatochromism of 4-[(octylylpyridinium)ethenyl]phenolate dyes. Sci. Bull. Uzhgorod Univ. (Ser. Chem.), 2018, no 1(39), pp. 45-51


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Prasad K., Raheem S., Vijayaleksmi P., Sastri C. Basic aspects and application of tristimulus colorimetry //Talanta. – 1996. – Vol. 43, N 8. – P. 1187-1206. https://doi.org/10.1016/0039-9140(96)01871-1

2. Ivanov V.M., Kuznetsova O.V. Chemical chromaticity: potential of the method, application areas and future prospects // Russ. Chem. Rev. – 2001. – Vol. 70, N 5. – P. 357-373. https://doi.org/10.1070/RC2001v070n05ABEH000636

3. Чеботарёв А.Н., Снигур Д.В, Бевзюк Е.В., Ефимова И.С. Анализ тенденций развития метода химической цветометрии (Обзор) // Методы и объекты хим. анализа. – 2014. – T. 9, №1. – С. 4-11

4. Snigur D. V., Chebotarev A. N., Bevziuk K. V. Acid–base properties of azo dyes in solution studied using spectrophotometry and colorimetry // J. Appl.Spectr. – 2018. – Vol. 85, N 1. – Р. 21-26. https://doi.org/10.1007/s10812-018-0605-9

5. Ishchenko A. A., Kulinich A. V., Shishkina S. V. Effect of donor terminal group and polymethine chain length on structure of merocyanine dyes in the crystal state // Dyes and Pigments. – 2017. – Vol. 145. – Р. 181-188. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2017.06.009

6. Tanaka Y., Yoshida N., Nakano H. Three‐dimensional reference interaction site model self‐consistent field analysis of solvent and substituent effects on the absorption spectra of Brooker’s merocyanine // J. Comput. Chem. – 2015. – Vol. 36, N 22. – P. 1655-1663. https://doi.org/10.1002/jcc.23980

7. Kulinich A. V., Kurdyukov V. V., Ishchenko A. A. Effect of bulky substituents in the donor and acceptor terminal groups on solvatochromism of Brooker’s merocyanine // New J. Chem. – 2019. – Vol. 43, N 19. – P. 7379-7385. https://doi.org/10.1039/C9NJ00831D

8. Gruda I., Bolduc F. Spectral properties and basicity of stilbazolium betaines containing bulky substituents on the quinoid ring // J. Org. Chem. – 1984. – Vol. 49, N 18. – P. 3300-3305. https://doi.org/10.1021/jo00192a010

9. Hisamoto H., Tohma H., Yamada T., Yamauchi K. I., Siswanta D., Yoshioka N., Suzuki K. Molecular design, characterization, and application of multi-information dyes for multi-dimensional optical chemical sensing. Molecular design concepts of the dyes and their fundamental spectral characteristics // Anal. Chim. Acta. –1998. – Vol. 373. – P. 271-289. https://doi.org/10.1016/S0003-2670(98)00421-8

10. Van Bezouw S., Campo J., Lee S.H., Kwon O.P., Wenseleers W. Organic Compounds with Large and High- Contrast pH-Switchable Nonlinear Optical Response // J. Phys. Chem. C. – 2015. – Vol. 119, N 37. – P. 21658-21663. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b06968

11. Reichardt C. Pyridinium-N-phenolate betaine dyes as empirical indicators of solvent polarity: Some new findings // Pure Appl. Chem. – 2008. – Vol. 80, N 7. – P. 1415-1432. https://doi.org/10.1351/pac200880071415

12. Fidale L.C., Heinze T., El Seoud O.A. Perichromism: A powerful tool for probing the properties of cellulose and its derivatives // Carbohyd. Polym. – 2013. – Vol. 93, N 1. – P. 129-134. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.06.061

13. Nandi L.G., Nicoleti C.R., Bellettini I.C., Machado V.G. Optical chemosensor for the detection of cyanide in water based on ethyl(hydroxyethyl)cellulose functionalized with brooker’s merocyanine // Anal. Chem. – 2014. – Vol. 86, N 10. – P. 4653-4656. https://doi.org/10.1021/ac501233x

14. Krieg R., Eitner A., Günther W., Halbhuber K.J. Optimization of heterocyclic 4-hydroxystyryl derivatives for histological localization of endogenous and immunobound peroxidase activity // Biotech. Histochem. – 2007. – Vol. 82, N 4–5. –P. 235-262. https://doi.org/10.1080/10520290701714013

15. Prukała D., Prukała W., Gierszewski, M., Karolczak, J., Khmelinskii, I., Sikorski, M. The effects of pH and hydrogen bonds on photophysical properties of N-(4-bromobenzyl) substituted hydroxystilbazolium hemicyanine and merocyanine // Dyes and Pigments. – 2014. – Vol. 108. – P. 126-139. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2014.04.013

16. Prukała D., Prukała W., Gierszewski M., Karolczak J., Khmelinskii I., Sikorski M. Influence of pH on photophysical properties of (E)-1-(4-chlorobenzyl)-4-(4-hydroxystyryl)pyridinium chloride // Photochem. Photobiol. Sci. – 2012. – Vol. 11, N 9. – P. 1454-1464. https://doi.org/10.1039/C2PP25063B

17. Жукова Ю.П., Студеняк Я.І. Протолітичні та спектрофотометричні характеристики 4-гідроксістирилових барвників // Наук. Вісник Ужгород. ун-ту. (Сер. Хім.). – 2014. – № 2 (32). – С. 38-42

18. Жукова Ю.П., Студеняк Я.І. Сольватохромні та протонохромні властивості 4-гідроксістирилових барвників // Наук. Вісник Ужгород. ун-ту. (Сер. Хім.). – 2015. – № 2 (34). – С. 40-44

19. Chebotarev A.N., Snigur D.V., Zhukova Yu.P., Bevziuk K.V., Studenyak Ya.I., Bazel Ya.R. Tristimulus colorimetric and spectrophotometric study of the state of 4-hydroxystyryl dyes in aqueous solutions // Russ. J. Gen. Chem. – 2017. – Vol. 87, N 2. – P.196-203. https://doi.org/10.1134/S1070363217020074

20. Chebotarev A.N., Snigur D.V. Study of the acid-base properties of quercetin in aqueous solutions by color measurements // J. Analyt. Chem. – 2015. – Vol. 70, N 1. – P. 55-59. https://doi.org/10.1134/S1061934815010062

21. Zhukova Yu., Studenyak Ya., Fetjko L., Pogan D. Assessment of the composition of aqueous-organic mixtures by solvatochromism of 4-[(octylylpyridinium)ethenyl]phenolate dyes // Наук. Вісник Ужгород. ун-ту. (Сер. Хім.). – 2018. – № 1 (39). – С. 45-51.





Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.