Azobenzen

para izomerów cis-trans

Azobenzen, difenylodiazenorganiczny związek chemiczny, jeden z aromatycznych związków azowych. Jest najprostszym arylowym związkiem azowym. Termin "azobenzen" jest często stosowany również w odniesieniu do związków, które są pochodnymi diazenu (diimidu), które nazywa się "diazenami". Diazeny to związki silnie absorbujące światło i są powszechnymi barwnikami[6].

Azobenzen
izomer trans izomer trans
izomer trans izomer trans
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny C12H10N2
Inne wzory C6H5–N=N–C6H5
Masa molowa 182,22 g/mol
Wygląd pomarańczowo-czerwone kryształy
Identyfikacja
Numer CAS 103-33-3
17082-12-1 (izomer trans)
1080-16-6 (izomer cis)
PubChem 2272
Podobne związki
Podobne związki stylben, difenyloamina
Pochodne sulfasalazyna, żółcień metylowa
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Stosowany jest do produkcji barwników organicznych.

Struktura i syntezaEdytuj

Azobenzen jest cząsteczką, której struktura zawiera dwa pierścienie fenylowe połączone wiązaniem podwójnym N = N tzw. grupą azową. Występuje w postaci pomarańczowych kryształów lub ciemnobrązowego bezpostaciowego ciała stałego. Nie rozpuszcza się w wodzie, natomiast dobrze rozpuszcza się w podstawowych rozpuszczalnikach organicznych takich jak etanol, metanol czy benzen. Dzięki obecności wiązania N = N posiada zdolność do fotoizomeryzacji geometrycznej. Należy do związków fotochromowych, występuje w dwóch odmianach izomerycznych cis i trans. Cząsteczki te charakteryzują się spektroskopowo niskoenergetycznym pasmem n – π * w obszarze widzialnym i wysokoenergetycznym pasmem π – π * w obszarze UV. Izomer trans jest bardziej stabilny termodynamicznie od izomeru cis. Trans azobenzen jest cząsteczką płaską. Odległość wiązania N=N wynosi 1.189 Å. Azobenzen w formie cis charakteryzuje się bardziej skręconą geometrią pod kątem 173,5°, a odległość wiązania N=N wynosi 1.251Å.[7]

Izomeryzacja trans-cisEdytuj

 
Proces fotoizomeryzacji pod wpływem światła laserowego

Oba izomery mogą w siebie wzajemnie przechodzić termicznie lub fotochemicznie (np. pod wpływem nadfioletowego światła laserowego). Przejście od bardziej stabilnej formy trans do formy cis zachodzi pod wpływem naświetlania światłem ultrafioletowym (UV) tj. długość fali z zakresu 300–400 nm. Powrotna zmiana konformacji może zajść pod wpływem fali świetlnej z zakresu światła widzialnego (λ = 425–500 nm) lub w wyniku relaksacji (swobodnego powrotu do bardziej stabilnej formy)[8]. Takie działanie indukuje powrót izomerów cis do ich odpowiedników w formie trans. Izomery cis i trans mają nie tylko różną strukturę, ale także odmienne własności fizyczne i chemiczne, wynikające z odmienności ich budowy. Skutkiem fotoindukowanej reakcji izomeryzacji są zmiany w strukturze cząsteczki takie jak przejście izomeru trans w cis powoduje zmniejszenie odległości między atomami węgla w położeniu para w odniesieniu do atomów azotu z 9,0 Å do 5,5 Å. Konsekwencją tej zmiany jest zmiana momentu dipolowego cząsteczki. Forma trans azobenzenu nie posiada momentu dipolowego, natomiast forma cis już tak i wynosi on 3,0D

Izomeryzację trans – cis można obserwować za pomocą spektroskopii UV-Vis. Aby reakcja ta mogła zajść potrzebna jest duża energia aktywacji. W widmach absorpcyjnych można zaobserwować dwa możliwe pasma. Pasmo o większej intensywności jest związane z przejściem elektronowym π→π* powodującym rotację wokół podwójnego wiązania N = N. Wystąpienie drugiego pasma jest natomiast konsekwencją przejścia n→π*, któremu towarzyszy płaska inwersja przy atomie azotu. W zależności od zastosowanej długości fali wzbudzenie może przebiegać dwojako, natomiast każdy z tych sposobów prowadzi do otrzymania identycznej formy struktury[9].

Reaktywność chemicznaEdytuj

Azobenzen należy do grupy słabych zasad. Poddaje się protonowaniu przy użyciu jednego azotu o wartości pKa równej -2,95. Funkcjonuje również jako kwas Lewisa. Wiąże się z centrami metali o niskiej wartościowości, np. Ni(Ph2N2)(PPh3)2. Produktem reakcji utlenienia jest azoksybenzen, a reakcji uwodornienia difenylohydrazynę[10].

Zobacz teżEdytuj

PrzypisyEdytuj

  1. a b Department of Chemistry, The University of Akron: Azobenzene (ang.). [dostęp 2012-02-22].
  2. a b Azobenzene, [w:] ChemIDplus [online], United States National Library of Medicine [dostęp 2012-02-22] (ang.).
  3. a b c d Azobenzen (nr 424633) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Polski.
  4. G. S. Hartley, R. J. W. Le Fèvre. The dipole moments of cis- and trans-azobenzenes and of some related compounds. „J. Chem. Soc.”, s. 531-535, 1939. DOI: 10.1039/JR9390000531. 
  5. a b Azobenzen (ang.) w wykazie klasyfikacji i oznakowania Europejskiej Agencji Chemikaliów. [dostęp 2015-04-07].
  6. Miloslav Nič i inni red., azo compounds, wyd. 2.1.0, Research Triagle Park, NC: IUPAC, 12 czerwca 2009, DOI10.1351/goldbook.a00560, ISBN 978-0-9678550-9-7 [dostęp 2020-10-21] (ang.).
  7. Osvaldo N. Oliveira, Maria Raposo, Anantharaman Dhanabalan, Chapter 1 - LANGMUIR-BLODGETT AND SELF-ASSEMBLED POLYMERIC FILMS, Hari Singh Nalwa (red.), Burlington: Academic Press, 2001, s. 1–63, ISBN 978-0-12-513910-6 [dostęp 2020-10-21] (ang.).1 stycznia
  8. Q. Yu, H. Chen, 7 - Interaction of switchable biomaterials surfaces with proteins, Zheng Zhang (red.), Oxford: Woodhead Publishing, 2015, s. 167–188, ISBN 978-0-85709-713-2 [dostęp 2020-10-21] (ang.).1 stycznia
  9. Ewelina Ortyl, "Zjawiska fotochromowe w wybranych polimerach" Instytut Technologii Organicznej i Tworzyw Sztucznych Politechniki Wrocławskiej, 2005.
  10. Y FEDOTOVA i inni, Phosphinohydrazines and phosphinohydrazides M(–N(R)–N(R)–PPh2)n of some transition and main group metals: synthesis and characterizationRearrangement of Ph2P–NR–NR– ligands into aminoiminophosphorane, RNPPh2–NR–, and related chemistry, „Journal of Organometallic Chemistry”, 689 (19), 2004, s. 3060–3074, DOI10.1016/s0022-328x(04)00470-x, ISSN 0022-328X [dostęp 2020-10-21].