Metinfärgämnen är en klass av syntetiska och naturliga färgämnen som i sin sammansättning innehåller elektrondonerande och elektronbortdragande grupper förbundna med kedjor av fria eller substituerade metingrupper -CH = och som innehåller ett udda antal kolatomer i en sådan kedja. Under lång tid kallades alla metinfärgämnen cyanin (från grekiskan ϰυανός - blå) med namnet på den första representanten som erhölls, men senare fanns namnet " cyaninfärgämnen " endast kvar i undergruppen där aromatiska heterocykler är förbundna med en metinkedja . Polymetinfärgämnen är en undergrupp av metinfärgämnen som innehåller mer än en metingrupp.
De används inom medicin och biologi, produktion av fotografiska produkter, lasrar och andra teknikområden som använder de sensibiliserande och fluorescerande egenskaperna hos denna grupp av färgämnen.
Den första syntetiska representanten för klassen av metinfärgämnen - cyanin (aka kinolinblått eller cyaninblått) erhölls vid University of Glasgow av Greville Williams samma 1856, när William Perkin upptäckte det första syntetiska färgämnet - mauveine , som gör cyanin till ett. av de äldsta konstgjorda färgämnena. Syntesen av cyanin blev standard för att erhålla alla enkla cyaninfärgämnen - för att få det värmde Williams en blandning av jodisoamylater av kinolin och lepidin med en stark alkali [1] .
Ett år senare, 1857, erhöll den tyske kemisten Lambert von Babo , oberoende av Williams, kinolinsalter med alkylsulfater, till vilka han gav namnen metyl- respektive etylirisiner, och karakteriserade dem som "en av de vackraste föreningar i organisk kemi" [2] .
Lite senare, 1875, blev cyanin ett av de första färgämnena där Hermann Vogel upptäckte fotografisk aktivitet - förmågan att sensibilisera fotografiskt material i det orangeröda området (580-610 nm). Den praktiska användningen av cyaninblått i fotografering varade inte länge på grund av dess bräcklighet och beslöjade emulsionen, men cyaninderivat - metinfärgämnen visade sig vara den enda klassen av färgämnen (med mycket få undantag) som var lämpliga för användning som optiska sensibilisatorer inom fotobranschen. På grund av flygfotograferingens betydelse för spaning under första världskriget studerades området för metinfärgämnen noggrant av ett stort antal forskare, först i Tyskland och sedan, på grund av brist på sensibilisatorer, i Storbritannien och USA , vilket ledde till syntesen av ett stort antal derivat och identifieringen av nya viktiga egenskaper, de resulterande föreningarna [1] . En av de betydande upptäckterna under denna period var syntesen av pinacyanol av Benno Homolka 1905, vilket gjorde det möjligt att etablera industriell produktion av fotografiska material som är känsliga för hela det synliga området av spektrumet [3] .
Senare arbete, utfört 1915-1925, gjorde det möjligt att exakt fastställa strukturen av cyaninfärgämnen. Som tidigare antagits visade sig de cyaninfärgämnen som erhölls vid den tiden bestå av två heterocykler förbundna med en monometin- eller tremetinkedja. På 1930-talet syntetiserades en viktig grupp merocyaniner, som fick betydande popularitet för infraröd sensibilisering, och på 1950-1960-talet gick forskare över till syntesen av metinfärgämnen, där andra kondenserade system användes istället för kväveinnehållande heterocykler [ 3] .
Metinfärgämnen kan klassificeras enligt molekylens laddning i katjoniska (cyaniner, streptocyaniner och andra), anjoniska (oxonoler) och neutrala (neutrocyaniner eller merocyaniner). Med tanke på att de elektrondonerande och elektronbortdragande grupperna i sammansättningen av metinfärgämnesmolekylen kan utbyta laddning längs konjugationskedjan, ser bindningsscheman för dem ut som följer [4] [5] :
Av dessa grupper är det bara katjoniska och neutrala som spelar roll i industrin [4] .
Beroende på antalet metingrupper klassificeras dessa färgämnen i mono-, di-, tri-, penta- och så vidare upp till polymetincyanin. Det finns nullmetinföreningar som innehåller en fenylgrupp direkt bunden till en kväveinnehållande heterocykel [4] . Metinfärgämnen inkluderar också molekyler där kärnorna är direkt länkade genom en bindning mellan kolatomerna som ingår i kärnorna, det vill säga de innehåller inte en metinkedja alls [6] .
Beroende på antalet vinylengrupper (-CH=CH-) kan gruppen delas in i: med en vinylengrupp, karbocyanin, två-dikarbocyanin, tre-trikarbocyanin, etc. [4] .
Metinfärgämnen hade i början det vanliga namnet "cyaninfärgämnen", härlett från namnet på den första representanten. Senare, efter syntesen och studien av olika klasser av dessa färgämnen, började endast föreningar där aromatiska heterocykler finns i båda ändarna av kedjan att kallas cyaninfärgämnen; ”, tiazol - ”thia”, etc. [4] [5 ] .
De har vilken färg som helst, vanligtvis i intervallet från gul till grön, ibland färglös. Vattenhaltiga och alkoholhaltiga lösningar kännetecknas av hög mättnad och en ren färgton, vilket förklaras av ett smalt absorptionsband. Färgrenheten är mer uttalad i symmetriska färgämnen. Värdet på den molära extinktionskoefficienten varierar från 30 000 till 250 000, vilket ökar tillsammans med kedjeförlängning [4] .
Instabil mot inverkan av oxidationsmedel, men stabil vid interaktion med reduktionsmedel. Missfärgad av syror på grund av protonering av donatorkärnan och återställer sin ursprungliga färg i neutrala medier. De bildar instabila karbinolbaser, som sönderfaller med förstörelsen av metinkedjan under inverkan av alkalier, och föreningar med en kort kedja är mer stabila. Ljusäktheten minskar med ökande längd på metinkedjan [4] .
Nästan alla metinfärgämnen ger den silverbaserade fotografiska emulsionen ökad känslighet i det synliga och infraröda området, vilket avgjorde deras viktiga roll som fotografiska sensibilisatorer. Sensibiliseringsmaximum korrelerar med färgämnets absorptionsspektrum, men skiftas till längre våglängder [4] .
Färgämnen som tillhör katjoniska grupper används inom textilindustrin för färgning av polyakrylnitrilfibrer, vissa polyestrar och polyamider, i vilka syragrupper har införts, vilket säkerställer färgbeständighet. Sådana katjoniska färgämnen används också för att färga naturligt läder, erhålla bläck och stämpelbläck och göra kolpapper [4] .
Vissa monometinfärgämnen och deras aza-analoger används som optiska vitmedel på grund av deras färglöshet och starka fluorescerande egenskaper [4] .
Metinfärgämnen används i stor utsträckning inom laserteknik för att erhålla både aktiva och passiva medier på grund av dessa färgämnens förmåga att fluorescera och selektiva spektrala egenskaper [5] .
Inom biologi och medicin används de som optiska indikatorer [5] .
Genom att behandla styrylfärgämnen med alkaliska lösningar erhålls färglösa spiropyraner, från vilka färglösa kolpapper erhålls genom att deponera skikt av mikrokapslar med en färglös färgform och ett fyllmedel med lätt sura egenskaper (kaolin, kiselgeler och andra) ovanpå. Mekanisk verkan på sådant papper leder till förstörelsen av mikrokapslar och övergången av spiropyraner till en färgad form. Spiropyraner där aminogruppen är ersatt av en nitrogrupp har fotokroma egenskaper och fläckar under inverkan av ultravioletta strålar och missfärgas i mörker. Sådana föreningar används i filmer för fotografisk inspelning av information [4] .
![]() |
---|