Determination of pH Dependent Structures of Thymol Blue Revealed by Cooperative Analytical Method of Quantum Chemistry and Multivariate Analysis of Electronic Absorption Spectra

Abstract

The pH dependent structure of thymol blue (TB) in solution, a long-standing controversial issue, has been determined by quantum chemistry with an aid of multivariate analysis of electronic absorption spectra. It has been revealed that the TB structure varies from the neutral biprotonated form with opensulton ring showing red to the monovalent anion of the pure quinoid form showing yellow and then to the quinoidphenolate form showing blue on raising the pH for a solution.

Thymol blue – hands‐on synthesis & AR‐based learning materials

“…Im Gegensatzzuden viel genutztenIndikatoren Phenolphthalein,M ethylorangeo derL ackmus hatT hymolblau zwei Um-schlagsbereicheimsichtbarenBereich.Imstark sauren Milieu (pH < 0,7) istT hymolblau rotb is violett, beip H-Werten zwi-schen2 ,7 und8 ,0 gelb unda be inem pH-Wertv on 9,6b lau (Abb.2,oben) [5]. Währendfürdie blaueF ormEinigkeit hinsichtlich derfarbgebenden Struktur besteht, werden fürd ie rote undg elbe Form verschiedenp rotonierte Speziesu nd unterschiedliche Grenzstrukturen diskutiert [6]. Auch Strukturen mitg eschlossenem Sultonring werden vorgeschlagen [5,8],obwohldiese aufgrund desz entralen sp 3…”

“…In wässriger Lösung liegt Thymolblau mit geöffnetem Sultonring und einer (zwitter‐)ionischen Struktur vor [5, 6]. Die Eigenschaften von Thymolblau als Indikatorfarbstoff veröffentlichten erstmals Lubs und Mansfield Clark im Jahre 1916 [7].…”

“…-hybridisiertenK ohlenstoffatomsk einausge-dehntesChromophor aufweisen. Eine neuere Studie vonS himada undK ollegen[ 6],d ie spektroskopische Messungenm it theoretischen Berechnungen kombiniert, versucht dieseDebatteaufzulçsenund schlägt auf Grundlageder Erkenntnisse dieinAbb.2aufgeführtenStrukturenf ürd ie drei Farben vonT hymolblauv or. Nachfolgend werden dieseh insichtlichi hrer Struktur-Eigenschafts-Beziehungen kurz diskutiert:-I ms tark Sauren liegen beideH ydroxygruppenp rotoniert vor.…”

“…Abb. 2: ThymolblauinSalzsäure(oben links),W asser(oben mittig)und Natronlauge(oben rechts)und zugehçrige Strukturen undAbsorptionsmaxima(unten).Angelehnt an[6]. übere iner Te elichtflamme erhitzt, bise ined eutliche Violettfärbunge intrittu nd einK ondensat an derG efäßwand zu beobachten ist( Abb.3, Mitte).A nschließendw irdd as Glas fürw enigeM inutena nd er Luft zumA bkühlen stehen gelassen.Danach wird miteinem feuchten Tu ch der Rußd er Kerzenflamme vomG lasboden abgewischt sowie dasW attestück entfernt.…”

Study of interaction of metal ions with methylthymol blue by chemometrics and quantum chemical calculations

“…However, despite the widespread use of MTB, little is known regarding the complexation properties of MTB and MIs. Shimada et al investigated pH-dependent chemical equilibria of bromothymol blue (BTB) and thymol blue (TB) using absorption spectra and theoretical calculations 21 , 22 . Both BTB and TB molecules are from thymol containing metallochromic indicator.…”