Российские химики предложили метод определения свойств органических растворителей с помощью цвета растворов иода

Исследователи из Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН предложили новый способ анализа взаимодействия между растворителем и растворенным веществом (сольватирующей способности растворителя). Данный подход основан на регистрации цвета раствора иода в исследуемом растворителе с помощью цифровой фотокамеры. Цвет раствора иода хорошо согласуется как со свойствами самого растворителя, так и с экспериментально измеряемыми характеристиками химических реакций в различных растворителях. Для количественного описания цвета была разработана специальная числовая характеристика – iSOLV, основанная на цифровом представлении цвета. Предложенный метод не требует специального оборудования, высокой квалификации и доступен для использования в любой химической лаборатории. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в международном химическом журнале Chemical Science.

Многие химики еще со школьных лет помнят, что при взаимодействии иода с крахмалом образуется комплекс характерного синего цвета. Однако иод способен образовывать окрашенные комплексы и со многими другими органическими соединениями. Эта особенность была замечена еще в XIX веке. Тогда же обнаружили, что цвет растворов иода зависит от природы растворителя: в неполярных средах они обычно имеют фиолетовую окраску, а в более полярных — оранжевую или желтую.

Растворы иода в различных органических растворителях. Для определения сольватирующей способности растворителя может быть использована цветовая шкала.

Изменение цвета раствора одного и того же вещества в зависимости от свойств растворителя называют сольватохромизмом. Это явление может использоваться для оценки характеристик среды, прежде всего ее полярности и сольватирующей способности — параметров, важных при выборе растворителя для химического эксперимента. Сегодня для этих целей разработаны специальные «сольватохромные чернила», однако иод остается привлекательным сольватохромным агентом благодаря своей доступности и простоте использования.

Сольватохромизм иода был количественно охарактеризован для ряда растворителей с помощью спектрофотометрических методов, однако необходимое для этого оборудование имеется далеко не в каждой лаборатории. Исследователи из Лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов (ИОХ РАН) под руководством академика Валентина Ананикова, предложили новый сольватохромный дескриптор iSOLV, определяемый непосредственно с помощью цвета раствора иода. Он основан на цветовой модели HSB (Hue, Saturation, Brightness), используемой для цифрового представления цвета. Значение iSOLV можно получить из обычной цифровой фотографии раствора, сделанной камерой смартфона и обработанной с помощью разработанного в ИОХ РАН программного обеспечения iSOLV Calculator. Программное обеспечение доступно для свободного использования.

Авторы исследования показали, что цвет растворов иода для широкого ряда растворителей коррелирует с фундаментальными электронными характеристиками комплексов иод–растворитель, а также с экспериментальными параметрами растворителей — донорным числом, logP, основностью и параметрами Камлета–Тафта, а также с характеристиками протекающих в этих растворителях химических процессов. То есть дескриптор iSOLV отражает фундаментальные межмолекулярные взаимодействия, обуславливающие сольватирующую способность растворителя.

Основными преимуществами использования iSOLV являются простота, доступность и экономичность. Предложенный подход требует лишь небольшого количества йода, образца растворителя и цифровой камеры смартфона, что делает iSOLV пригодным для быстрой оценки сольватирующей способности растворителей. Если количественный анализ не требуется, то возможна быстрая визуальная оценка сольватирующей способности с помощью цветовой шкалы, что намного проще по сравнению с традиционными многопараметрическими корреляциями сольватирующей способности с параметрами растворителя. Таким образом, iSOLV может использоваться как для построения количественных корреляций между цветом раствора и свойствами среды, так и для быстрого определения сольватирующей способности растворителя с помощью предложенной цветовой шкалы.

Ссылка на статью:

E. G. Gordeev, L. A. Arakelyan, D. M. Arkhipova, A. A. Oganov, K. V. Vokhmintsev, V. P. Ananikov, A unified solvatochromic–computational–machine–learning approach for solvent property prediction based on iodine color response, Chem. Sci., 2026, DOI: 10.1039/d6sc03325c.