COLORANTS

Relation entre la structure moléculaire des colorants et la couleur

La vision de la couleur est fondée sur des phénomènes physiques, chimiques et physiologiques. En effet, parmi les ondes électromagnétiques, les seules qui soient perceptibles à l'œil humain sont celles dont les longueurs d'onde sont situées entre 400 et 700 nm. Elles représentent une partie de celles émises dans le spectre de la lumière du soleil. Absorbée par la rétine, cette lumière modifie, par une série de réactions photochimiques, la structure des protéines du système visuel. Cette information est transmise par le nerf optique jusqu'au cerveau, ce qui conduit à la perception visuelle.

Lorsque la lumière du soleil ou un rayonnement lumineux analogue dans le domaine du visible atteint un objet ou traverse une solution ou un corps transparent, plusieurs phénomènes peuvent se produire. Si toutes les radiations incidentes sont transmises par réflexion, diffusion ou transparence, le corps nous apparaît alors blanc ou transparent. À l'inverse, si toutes les radiations sont absorbées, le corps est noir. Dans le cas où l' absorption concerne une fraction constante des radiations lumineuses entre 400 et 700 nm, le corps est gris neutre. Blanc, gris et noir sont appelés des couleurs achromatiques. Si une seule partie des radiations est absorbée sélectivement, la matière nous apparaît colorée. Différentes des couleurs achromatiques, qui se caractérisent par leur absorption constante dans la visible, les couleurs chromatiques présentent une ou plusieurs bandes d'absorption. Si celles-ci sont localisées dans de courts domaines de longueurs d'onde comme 400-430, 430-480, 480-550, 550-600 et 600-700 nm, les couleurs perçues sont respectivement le jaune, l'orange, le rouge, le violet et le bleu. Le vert se caractérise par deux maximums d'absorption situés à 400-450 et à 580-700 nm. L'allure de la bande est un facteur important, dans le sens où plus elle est étroite et son maximum élevé, plus la couleur sera pure et intense.

Les chimistes furent toujours intrigués par la relation entre la couleur et la constitution chimique des colorants. Dès 1868, Graebe et Liebermann, connus pour leurs travaux sur la synthèse de l'alizarine, avaient déjà remarqué que les colorants étaient des composés chimiques insaturés. Mais, à ce sujet, la théorie la plus célèbre est celle établie par Witt en 1876, d'après laquelle la coloration est due à la présence dans la molécule de groupements insaturés, les chromophores, et de groupements ionisables, les auxochromes, le tout formant ce que l'on appelle un chromogène. Cette théorie a été largement développée et corrigée grâce à l'évolution des connaissances dans le domaine de la mécanique quantique. La nature corpusculaire et ondulatoire de la lumière est admise, et ainsi on découvre que l'absorption d'énergie lumineuse par un atome ou une molécule se fait par quantités discrètes appelées photons ou quanta, dont l'énergie est donnée par :

Dès lors, il est établi que les chromophores sont des systèmes comportant un nombre suffisant de doubles liaisons conjuguées où les électrons sont délocalisés, associés à des donneurs et à des accepteurs d'électrons : les auxochromes. En modifiant la nature des groupements auxochromes sur un même chromophore, il est possible de déplacer l'absorption vers les grandes longueurs d'onde et ainsi de provoquer un effet bathochrome. Le phénomène inverse est appelé effet hypsochrome.