Bathochromer Effekt
Der bathochrome Effekt beschreibt eine Farbvertiefung auch Rotverschiebung genannt d. h. eine Verschiebung des Absorptionsmaximum in den längerwelligen Bereich.
Grundlagen
Bei organischen Farbstoffen bewirken die bathochromen Gruppen −OH, −NH2, -NR2 und −OCH3 als Auxochrome eine Verschiebung des Absorptionsspektrums von Violett über Blau, Cyan, Grün und Gelb bis Rot, mit der Folge, dass sich die "wahrgenommene Farbe" zur entsprechenden Komplementärfarbe des Absorptionsspektrum verändert.
Die Stärke des bathochromen Effekts wird durch die Struktur des Moleküls und bestimmte Substituenten beeinflusst. Diese Einflüsse führen zu einer stärkeren Delokalisierung der π-Elektronen. Je stärker die π-Elektronen eines Moleküls delokalisiert sind desto, weniger Energie ist nötig, um diese anzuregen. Das zur Anregung benötigte Licht wird absorbiert und der Stoff erscheint in der entsprechenden Komplementärfarbe.[1]
Cyclische Strukturen haben einen schwächeren bathochromen Effekt als lineare.[2] Weitergehend haben Chromophore und im Besonderen konjugierte Systeme von Chromophoren einen stärkeren bathochromen Effekt.[3]
Substituenten mit einem bathochromen Effekt (Bathochrome) beteiligen sich an der Mesomerie des Chromophors. Dadurch liegen die π-Elektronen in delokalisierterer Form vor. Auxochrome wie die −NH2-Gruppe verursachen in der Regel eine Farbvertiefung. Werden die H-Atome an der −NH2 Gruppe durch Alkyl- oder Aryl-Reste substituiert verstärkt sich die Farbvertiefung, da das freie Elektronenpaar stärker an der Mesomerie teilhaben kann. Ob ein Auxochrom batho- oder hypsochrom (farberhöhend) wirkt hängt von der Stellung am Chromophor ab.[4] Besonders intensiv wird der bathochrome Effekt, wenn sich an ein- und demselben Farbstoffmolekül eine auxochrome (+M) und antiauxochrome (−M) funktionelle Gruppe in ihrer Wirkung ergänzen, also die eine funktionelle Gruppe die Elektronendichte am π-Elektronensystem erhöht (+M-Effekt), während die andere sie gleichzeitig zu verringern sucht (−M-Effekt) oder allgemein die Mesomerie durch ein Push-Pull-System verstärkt wird.
Bei Salzen von bestimmten Farbstoffen tritt eine Farbvertiefung (Halochromie) auf. Wird eine Hydroxygruppe eines Phenols deprotoniert, so beteiligen sich die entstehenden freien Elektronenpaare der Phenolat-Gruppe stärker an der Mesomerie und das Absortionsmaximum wird verschoben.
Anwendung
Allgemein wird durch das Einfügen bathochromer-Gruppen ein Farbstoff mit einer anderen Farbe hergestellt. Der halochrome Effekt wird bei Indikatoren genutzt, da der Farbschumschlag bei einem bestimmten pH-Wert der Lösung erfolgt.[3]
Verwandte Begriffe
Resultiert die bathochrome Verschiebung aus einer negativ geladenen (salzartigen) Gruppe, so wird dies als halochromer Effekt bezeichnet .
Führen Substituenten bzw. funktionelle Gruppen zur Verschiebung des Absorptionsspektrums eines Stoffs in Richtung kürzerer Wellenlängen, ist dies im Gegensatz zum bathochromen Effekt ein hypsochromer Effekt.
Literatur
- Kurt Nassau: The Physics and Chemistry of Color: The Fifteen Causes of Color. 2. Auflage. Wiley & Sons, New York 2001, ISBN 0471391069.
- Norbert Welsch, Claus Chr. Liebmann: Farben. Natur - Technik - Kunst. 2. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2004, ISBN 3827415632.
- Heinrich Zollinger, A. Iqbal: Color Chemistry: Syntheses, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments. 3. Auflage. Helvetica Chimica Acta / Wiley-VCH, Weinheim 2003, ISBN 3-906-39023-3.
- Dudley H. Williams; Ian Flemming: Strukturaufklärung in der Organischen Chemie. 6. Auflage. Thieme, Stuttgart 1991, ISBN 3134372061.
Einzelnachweise
- ↑ Bathochromer Effekt bei Techniklexikon abgerufen 16. Februar 2012.
- ↑ Färbung organischer Stoffe bei mgh.schulnetz.hamm.net abgerufen 16. Februar 2012.
- ↑ 3,0 3,1 K. Schwetlick: Organikum 15. Auflage, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften Berlin, 1976 S. 513f.
- ↑ R. Winziger, Die Inversion Der Auxochrome, Chimia 15, 1961, S. 89f.