Почему йод окрашивает крахмал в синий цвет?

Author: Catharina Goedecke
Published Date: 06 грудня 2016
Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Перевод с английского: Яна Густа. © 2017

Тест на йод

Использование йода для проверки наличия крахмала или наоборот, когда крахмал является инликатором на йод, является обычным экспериментом в химическом анализе. Раствор йода (I2) и йодида калия (KI) в воде имеет светло-оранжево-коричневый цвет. Если он добавляется к образцу, содержащему крахмал, например, к хлебу, как показано выше, цвет меняется на темно-синий. Но как это изменение цвета работает?

Крахмал – это углевод, который содержится в растениях. Он состоит из двух разных типов полисахаридов, которые состоят из единиц глюкозы, которые связаны двумя разными способами. Один из них представляет собой линейную амилозу, а другой – разветвленный амилопектин (на схеме ниже).

Амилоза – это соединение, которое отвечает за синий цвет. Его цепь образует спиральную форму, и йод может быть связан внутри этой спирали (на схеме ниже).

Комплексы с переносом заряда

Цвета вызваны так называемыми комплексами переноса заряда (КПЗ). Из двух молекул, одна из которых (донор) содержит слабо связанные электроны, а вторая (акцептор) обладает высоким сродством к электронам, часто образуются весьма стабильные соединения. Характерным признаком образования КПЗ является возникновение новой полосы поглощения в видимой или УФ части спектра. Обычно КПЗ является более реакционноспособным по сравнению с мономерами. Причина этого связана с более легкой по сравнению с исходными мономерами поляризуемости КПЗ вследствие более обширной π-электронной структуры и способности к переходу в возбужденное ионизированное состояние.

Молекулярный йод (I2) трудно растворим в воде, поэтому для хорошего растворения добавляется йодид калия. Вместе они образуют полииодидные ионы типа In, например I3, I5, или I7. Отрицательно заряженный йодид в этих соединениях действует как донор заряда, нейтральный йод – в качестве акцептора заряда. Электроны в таких комплексах переноса заряда легко возбуждаются светом и переходят на более высокий уровень энергии. Свет поглощается в процессе, и его дополнительный цвет наблюдается человеческим глазом.

В случае водного раствора полииодидов абсорбция различных видов приводит к общему коричневатому цвету. После добавления амилозы он образует другой комплекс ПЗ . Здесь амилоза действует как донор заряда и полииодид в качестве акцептора. Этот комплекс поглощает свет другой длины волны, чем полииодид, и цвет становится темно-синим.

Полиоидные цепи

Точная структура полииодидов внутри амилоидной спирали неясна. Комплекс амилозо-йода является аморфным (т. е. он не образует упорядоченных кристаллов), что затрудняет определение его структуры. Было предложено, чтобы вид внутри спирали повторялся I3 или I5единиц.

Однако Рам Сешадри, Фред Удл и его коллеги из Калифорнийского университета, Санта-Барбара, США, обнаружили доказательства того, что бесконечные полииодидные цепи Inx– содержатся в амилозо-иодном комплексе [1]. Группа исследовала связанную систему – пирролоперилен-иодный комплекс для изучения его свойств как органического электронного проводника.Этот материал кристаллический (прозрачен), и поэтому команда смогла определить его структуру с помощью рентгеновской кристаллографии. Они обнаружили почти линейные полииодидные цепи между стеками пирролопирилена. Оказалось, что материал, содержащий эти цепи, поглощает свет при очень близких длинах волн к амилозо-йодному комплексу, что подтверждает гипотезу о том, что аналогичные структуры полимерных цепей образуются в йодо-крахмальном комплексе.

Reference

[1] Infinite Polyiodide Chains in the Pyrroloperylene-Iodine Complex: Insights into the Starch-Iodine and Perylene-Iodine Complexes,

Sheri Madhu, Hayden A. Evans, Vicky V. T. Doan-Nguyen, John G. Labram, Guang Wu, Michael L. Chabinyc, Ram Seshadri, Fred Wudl. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 8032–8035. DOI: 10.1002/anie.201601585

Sources
Der Iod-Stärke-Komplex (in German),
www.chemieunterricht.de 2006.
(accessed November 24, 2016)
The structure of the blue starch-iodine complex,
Wolfram Saenger, Naturwissenschaften 1984, 71, 31–36. DOI: 10.1007/bf00365977

Редакция и дизайн: Майстерний Хімік © 2017

 

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *