ソルバトクロミズム

化学において、ソルバトクロミズムとは、溶質を異なる溶媒に溶かしたときに溶液の色が異なる場合に観察される現象である。[ 1 ] [ 2 ]

ライヒャルト染料を様々な溶媒に溶解した

ソルバトクロミズム効果とは、物質（溶質）を様々な溶媒に溶かした際に、その物質のスペクトルが変化する現象です。この文脈において、誘電率と水素結合能は溶媒の最も重要な特性です。溶媒によって、溶質の電子基底状態と励起状態への影響は異なり、溶媒が変わると、それらの間のエネルギーギャップの大きさが変わります。これは、溶質の吸収スペクトルや発光スペクトルにおいて、分光バンドの位置、強度、形状の違いとして現れます。分光バンドが電磁スペクトルの可視領域に現れる場合、ソルバトクロミズムは色の変化として観察されます。これは、図に示すように、 ライヒャルト色素によって示されています。

負のソルバトクロミズムは、溶媒の極性が増加するにつれて浅色シフト（または青方シフト）する現象に対応する。負のソルバトクロミズムの例として、 4-(4′-ヒドロキシスチリル)-N-メチルピリジニウムヨウ化物が挙げられ、これは1-プロパノール中では赤色、メタノール中ではオレンジ色、水中では黄色を示す。

正のソルバトクロミズムは、溶媒の極性が増加するにつれて深色シフト（または赤方偏移）を示す。正のソルバトクロミズムの例として、 4,4'-ビス（ジメチルアミノ）フクソンが挙げられる。これはトルエン中ではオレンジ色 、アセトン中では赤色を示す。

ソルバトクロミズムの概念の主な価値は、溶液の色を予測する上での文脈を提供することです。ソルバトクロミズムは原理的には、センサーや分子エレクトロニクスにおける分子スイッチの構築に利用できます。ソルバトクロミズム色素は溶媒パラメータの測定に用いられ、溶解現象を説明したり、特定の用途に適した溶媒を予測したりすることができます。

カーボンナノチューブの発光／蛍光における溶媒和クロミズムが明らかになり、光センサー用途に利用されている。そのような用途の一つでは、ペプチド被覆カーボンナノチューブの蛍光波長が爆発物に曝露されると変化し、検出が容易になることが見出された。[ 3 ]しかし、近年、エレクトロクロミック挙動を示す新旧のデータに鑑み、カーボンナノチューブにおける小発色団溶媒和クロミズム仮説は疑問視されている。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]これらおよび半導体ナノチューブにおける非線形プロセスに関するその他の観察結果は、コロイドモデルにおいて、小分子の物理的記述ではなく、電気化学プロセスを含む古典的な半導体光学プロセスに沿った新たな解釈が必要であることを示唆している。相反する仮説は、ナノチューブが他の「バルク」ナノ材料とは異なり、わずか1原子厚の材料界面であるという事実に起因する可能性がある。

参考文献

  1. ^マリーニ、アルベルト;ムニョス・ロサ、オーロラ。ビアンカルディ、アレッサンドロ。メヌッチ、ベネデッタ (2010)。 「ソルバトクロミズムとは何ですか?」Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。 B . 114 (51): 17128–17135。Bibcode : 2010JPCB..11417128M。土井：10.1021/jp1097487。PMID  21128657。
  2. ^ライヒャルト, クリスチャン; ウェルトン, トーマス (2010).有機化学における溶媒と溶媒効果（第4版、改訂・増補版）. ヴァインハイム, ドイツ: Wiley-VCH . p. 360. ISBN 9783527324736。
  3. ^ Heller, Daniel A.; Pratt, George W.; Zhang, Jingqing; Nair, Nitish; Hansborough, Adam J.; Boghossian, Ardemis A.; Reuel, Nigel F.; Barone, Paul W.; Strano, Michael S. (2011). 「ペプチドの二次構造はニトロ芳香族化合物のシャペロンセンサーとして単層カーボンナノチューブの蛍光を調節する」 . PNAS . 108 ( 21): 8544– 8549. Bibcode : 2011PNAS..108.8544H . doi : 10.1073/pnas.1005512108 . PMC 3102399. PMID 21555544 .  
  4. ^ Kunai, Yuichiro; Liu, Albert Tianxiang; Cottrill, Anton L.; Koman, Volodymyr B.; Liu, Pingwei; Kozawa, Daichi; Gong, Xun; Strano, Michael S. (2017-10-20). 「非対称化学ドーピングによる純粋な(n,m)単層カーボンナノチューブの電子移動におけるマーカス反転領域の観測」. Journal of the American Chemical Society . 139 (43): 15328– 15336. Bibcode : 2017JAChS.13915328K . doi : 10.1021/jacs.7b04314 . PMID 28985673 . 
  5. ^ Kavan, Ladislav; Rapta, Peter; Dunsch, Lothar; Bronikowski, Michael J.; Willis, Peter; Smalley, Richard E. (2001-11-01). 「単層カーボンナノチューブの電子構造の電気化学的調整：その場ラマン分光法および可視-近赤外分光法による研究」. The Journal of Physical Chemistry B. 105 ( 44): 10764– 10771. Bibcode : 2001JPCB..10510764K . doi : 10.1021/jp011709a . ISSN 1520-6106 . 
  6. ^ Hartleb, Holger; Späth, Florian; Hertel, Tobias (2015-09-22). 「ゲートドープ単層カーボンナノチューブのスペクトルにおける強い電子相関の証拠」. ACS Nano . 9 (10): 10461– 10470. Bibcode : 2015ACSNa...910461H . doi : 10.1021/acsnano.5b04707 . PMID 26381021 . 

さらに読む

  • Kamlet, Mortimer J.; Abboud, Jose Luis M.; Abraham, Michael H.; Taft, RW (1983). 「線形溶媒和エネルギー関係．23. ソルバトクロミックパラメータπ*、α、βの包括的なコレクション、および一般化ソルバトクロミック方程式を簡略化するいくつかの方法」The Journal of Organic Chemistry . 48 (17): 2877– 2887. doi : 10.1021/jo00165a018 .
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