Farbstoffe

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an dort Oxonium-Ion (H) substituiert - Azokupplung - elektrophile Substitution meist in o-Yp-Position, da dort die Elektronendichte am größten ist - DO Агораюсь aromal Dappling hampetente Reaktionsbedingungen: bei höheren Temperaturen instabil • nur unter niedrigen Temperaturen (unter 5°C) da das Diazokation ansonsten in wässrigen Lösungen in Stickstoff & Phenolderivate zerfällt. Stickstoff abspaltury 1. Schritt saurem Millien, um ein Nitrasylkation herzustellen Reduktive Azospaltung LICHT & FARBE • Licht: elektromagnetische Wellen, „weißes Licht" ist der sichtbare Bereich für den Menschen "Wellenlängenbereich: ca. zws. 380/400-760mm > Frequenz = Ahzal der Berge pro Zeiteinheit. > Wellenlänge: Abstand zwischen 2 Bergen /Wellen * Je kleiner d. Wellenlänge, desto kürzer d. Frequenz kleiner kürzer Gefahrdungspotential größer! langer energicarm energiereiche Energie nimmt zu Je kurzer die Wellenlänge, desto gefährlicher & umso energiereicher ist sie. > jeder Gegenstand reflektiert/absorbiert Licht > Licht ist der für das menschliche Auge sichtbarer Bereich d. elektromagnetischen Spektroms >Sichtbares Licht ist nur ein kleiner Ausschnitt aus dem Bereich der elektromagnetischen Strahlung > Farbe entsteht durch Aufnalame & Abgabe von Licht E=U.veoh. vo Frequewindigk "Absorption: Aufnahme von Strahlungsenergie • Emission/Reflexion: Abgabe;, Ruckwurf von Licht p-stelling zum zentralen C-Atom > Farbstoff: Substanz, die elektromagnetische Wellen aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich absorbient & den Rest der Stralalung reflektiert. Das menschl. Auge sieht die Komplementärfarbe der absorbierten Wellenlängen > Im Magen werden Azofarbstoffe reduktive zerlegt durch Reduktion gespalten. Dabei entstehen Anuinel Aninagruppe). Viele Amine (& Anilin) sind krebserregend. > Dispersion=keine Lösung, ähnlich wie ON-W Suspansion-kleine Teilchen in der Log. Leine aus min 2 Phasen bestehende heterogene Mischung 2.TRIPHENYLMETHANFARBSTOFFE 4-Nitroamilin Grundgerüst: Triphenylmethan farbloser Feststoff; Synthese mit Se: F-C- => ein C-Atom aus Benzol & Trichlormethan mit drei 16¹ AICI 1H-C-C11 191 Alkylierung Phenylringen (aromat Systemen) N÷N Dispersionsorange 3 +24 Azospaltung >addiptive Farbmischung Farbe entsteht, indem farbiges Licht aus versch. Lichtquellen gemischt. wird. Rot, Blau & Grün (Licht) ergibt weißes Licht 3. POLYENE: >subtraktive Farbmischung Farbe entsteht, indem aus weißem Licht Auteile absorbiert werden. Cyan (Blaugrun), Magenta (Purpur) & Gelb absorbiert, erhält man Schwarz 1,4- Diaminoben 201 > Triphenylmethanmolekul: De lokalisation d. eº nur in Benzolringen möglich, da die Konjugation nicht über d. zentrale (Atom läuft (nur 4 Bindungen möglich) Lobesitzt drei räumlich getrennte aromatische Systeme - farbige TPMs: zentrales C-Atom in Delokalisation eingeschlossen. Lo ein zusammenhängendes System + 3 HCI > gebundene funktionelle Gruppen (Anx. & Antiaux.) beeinflussen d. Farbigkeit > Absorptionssystem erstreckt sich über 2 Ringe, zentrale C-Alom &aux. Gruppen in. > geringe Beständigkeit gegenüber Säuren--häufig als Drucktinten 0. Indikatoren Synthese: 1. Elektrophil bilden 2 elektrophiler Angriff an aromat Ring. im Alkalischen Carbivolbase (im Sauren: Jor • Unterbrechung des konjugierten OB-System (wenn zu viel vorhanden) >> Kohlenwasserstoff ketten mit 2 / meist mehreren konjugierten (-C-Doppellbindungen -- Ausdehnung des konj; TT-e-Systems hat Einfluss auf die Farbe; je größer, desto größer ist die Wellenlänge d. absorbierten Lichts. (erst ab n=1 farbig) > Polyenal farbstoffe sind Aldehyde mit linearen Chromopher aus konj. C-C-DB. Q2.1.2. FARBIGKEIT & MOLEKULSTRUKTUR > Elektronen im Molekuil befinden sich auf versch. Energieniveaus durch Absorption von Energie des Lichts können e von ihrem Grund zustand auf das nächsthöhere Energieniveau anngeregt werden Love fallen auf ursprüngliches Energieniveau zurück & geben dabei die aufgenommene Energie in Form von Wärme wieder ab > Bei. Molekülen mit ausgedénuten konjugierten TH-E-System (Chromophore) liegen die Energieniveaus" dicht beieinander > Durch die zwätzliche Ausdendung des TF-e-Systems (Aux, Antiaux) kann die Auregung der eº erleichtert werden. Je größer das System an konjugierten TT-e° ist, desto geringer sind die Unterschiede der Energieniveaus. Zwischen HOMO & LUMO. •HOMO Highest Occupied Molecular Orbital •LUMO = Lowest Unoccupied Molecular Orbital > Je mehr mesomere Grenzstrukturen sich formulieren lassen, desto weniger Energie wird zur Anregung d. e ºbenötigt >Chromophor: farbgebende Einheit des Molekuls (durchkonjugiertes TF-e: System) 4. Chromophare sind Atomgruppen mit kon- jugierten Zweifachbindungen. Sie absorbieren Bereiche des Sichtbaren Lichts & verursachen so die Farbigkeit. >Auxochrome&antiauxochrome Gruppen verstärken/beeinflussen d. Farbe... >Auxochrome-e-Donatoren; Substituenten nuit + M Effekt (oder +I); erhöhen die Elektronendichte im. TFC-System; min. 1 fraies e-Paar (z. B.:-OH-OR-O-NH₂;-NR₂). > Antiaurochrome: e-Akzeptoren; Substituenten mit - M- Effektloder-I), verstärkt die Delokalisation der TT-C; min. 1 Melerfachbindung (z. B.-CRO-CHO-NO₂, C-NR₂-S03H) =>Kombi von Aux & Autiaux. mit dem Chromophor unterstützt die Farbigkeit der Verbindung. > Bathochromie (Rotverschiebung): Farbvertiefung: Verschiebung der Lichtabsorption von kürzeren/kleineren nach längeren!. größeren Wellenlängen es wird weniger Energie benötigt > Hypsochromie (-Blauverschiebung): Farberhöhung: Verschiebung der Lichtabsorption von längeren nach kürzeren Wellenlängen >> es wird mehr Energie benötion. Mesomeriemodell der Farbstoffe: >e im Molekuil werden durch Lichtabsorption verschoben; mit. mesomeren Grenzstrukturen lässt sich das Molekul beschreiben. > Je mehr Grenzstrukturen formuliert werden können & je ähnlicher diese in ihrem. Energiegehalt sind, desto geringer ist die Energie des absorbierten Lichts. => Energie d. sichtbaren Lichts reicht bereits aus um eº. anzuregen/zu verschieben > Je kleiner die Energie des absorbierten Lichtes, desto größer • die Wellenlänge dieser verschluckten" Spektral farbe 4. CARBONYL FARBSTOFFE Anthrachinonfarbstoffe: von Alizarin > Synthese (6) Elekt *-=-*- got (Nucleapel) H Ce paure Indigofarbstoffe > Synthese von Indigo. a) biologisch-natürlich: - b) Synthese nach Heumann: ay+ar+adjo I&II sind somere + H₂OL I entsteht öfter/ ထိုးက a ta Inder Lawy bevorzugter wegen Sterischer Hindern FARBSTOFFF LERNZETTEL I FARBSTOFFE ALS SÄURE-BASE- INDIKATOREN: > Farbstoffe als SB-Indikatoren, wenn sich durch. De-/Protowierung eines Teils des Absorptionssystems die Lage des Absorptions maximums. verändert Lain wässriger Lsg.: Änderung der Farbe der Farbstoffe abhängig vom plt wert. > Durch die Aufnahme oder Abgabe von Protonen wird die Struktur des Farbstoffes so verändert, dass es Licht eines. anderen Wellenbereiches absorbiert. Die Farbe der SB-Indikatoren ist sonuit pH-Wert abhängig 4 protonierte Form: Absorp. max. in längerwelligen Bereich verschoben, Anregung d.e. benötigt weniger Energie La deprotoniert: Absorp. max. in kurzwelligeren Bereich verschoben; Anregung d. e` benötigt mehr Energie => Ursache: Untersch. Energiegehalt der mesomeren Grenzstrukturen der protonierten & deprotonierten Form (nichtprotoniert: Grenzstrukturen mit energetisch ungünstiger Ladungstrennung + energie reicher + Kurzwelliger). (protowiert: pos. Ladung ist delokalisiert, ohne dass bei d. mesomeren Grenzstrukturen ungünstige Ladungstreinnung auftritt → Energiegehalt beider Grenzstrukturen ist daher gleich) • Protonen binden an freien Elektronen paaren => diese können sich dann nicht mehr an der T-E-Delokalisation beteiligen, was sich auf das Absorptionsverhalten auswirkt & somit auch auf die Farberscheinung. →im Saniem Millien: TT-e-System lässt sich mit energieärmerem Licht auregen. => Delokalisation ist größer > Säure-Base-Indikatoren: schwache Säure oder Basen, deren Säureformel (Hind) eine andere Farbe aufweist als die Korrespondierende Base (Ind). (=> Farbe • Wwird im Sauren größer nach Konzentrationsverhältnis) -je Ind (aq) + H30¹ (aq) + Base I SII Hind (aq) + H₂0 (1) Säure I BIL A H300 OH Hind Ind 1 wird im Alkalischen größer > Je nach pH-Wert der Lösung überwiegt entweder die saure oder die basische Form dadurch ändert sich die Farbe des Gemisches & zeigt an ob eine Lösung samer, neutral oder alkalisch reagiert > natürlicher Indikator: Rotkohlsaft (enthalten: Anthocyanfarbstoff-(yanidin) Ländert die Molekülstruktur in Abhängigkeit vom pH-Wert der umgebenden Lösung verändertes Absorptions verhalten → Farbänderung › synthetische Indikator farbstoffe (meist Azofarbstoffe oder Derivate d. TPM-FS). FUNKTIONELLE GRUPPEN Carboxylgruppe: -RO-H •Aminogruppe: -NH₂ · Alksylgruppe: R- CH3 Nitrogruppe R-NO₂ R-1₂ Carbonylgruppe R- & Carbinelbase: 4-0H.am. zentralen C-Atom ORGANISCHE CHEMIE H-O H-N-H Arylgruppe: organisch chemischer Grundgerüst Q2.1.2. = Hydroxygruppe: R-O-H protoniert deprotoniert: R=0-H R-010 LERNZETTEL FARBSTOFFF ORGANISCHE CHEMIE FOTOMETRIE Messverfahren in der Analytik das Absorptionsverhalten. /Absorptionsspektrum eines Farbstoffes ermitteln. Loin welchem Wellenlängenbereich zeigt der Stoff die größte Absorption. Schritte der fotometrischen Messung: => E: Extinktion, Auslöschung", der negative dekadische Logarithmus der Transmission La dadurch linearer Zusammenhang zwischen Extinktion & Konzentration. LE₁² - Ig (r) = -lg ==> vereinfacht: E= E₁.C.d Lambert-Beer-Gesetzt: E=&.c.d. Emission: Licht einer Strahlungsquelle wird in die Spektralfarben zerlegt & es wird nacheinander nur Licht einer bestimmten Wellenlänge - monochromatisches Licht durchgelassen (mit Monochromator). Absorption: Farbstoffmoleküle in der Probelsg. absorbieren bestimmute Wellenlängen des Lichts in untersch. Intensität LA = 1-T bzw. r T: Transmission: Durchlässigkeit; das Licht, welches nicht absorbiert wurde, fritt wieder aus der Lösung aus > Transmissionsgrad (r): Anteil der Strahlung, die durch die Probe hindurch geht LAT bawr I: Intensität des austretenden Lichts (nach Probe durchgang). ·•· I: Intensität des eintretenden Lichts. (vor Probedurchgang)" Detektion: Fotozelle misst, welche Wellenlängen in welcher Intensität von der Lösung durchgelassen wurde, woraus ein Absorptionsspektrum (entweder als Transmissionsspektrum oder als Absorptionsspektrum) erstellt wird I. Extinktionsmessung ohne Extinktionskoeffizient (e,d&x gleich): a) Analyselösung - Unbekannte Konzentration. C₁=² E₁₁ E₁=&c₂d 6) Vergleichslösung - bekannte Konzentration C₂ => E₂; E₂= E.C₂d. > E₁-E₂ = = ₁2.6₂ IL Konzentrations bestimmung ohne, Extinkationskoeffizienten: ε = c Q2.1.2. · Messreihe /Verdünnungsreihe eine Lsg. des Stoffes mit bekanuter c • Messung d. Extinktion der versch. konzentrierten Lösungen des Stoffes. • Tabelle & Eichkurve : Konzentration (x) gegun Extinktion (y). E = molarer Extinktionskoeffizient (stoffspezifische Größe; abhängig von der Wellenlänge) c = Konzentration der Lösung [mol/l bzw. mol·l^^]. J Transmission d = Schichtdicke der Lösung (Breite der Küvette) (meist d=1cm) E=E.d. ↓ Logorithmieren Ez = Ed Extinktion Steigung: • Messung d. Extinktion d. Analyselösung • Bestimmung & mit Hilfe der Eichkurve (ablesen) → Steigung der Gerade entspricht dem Extinktionskoeffizienten ALTERNATIV: Extinktion einer Lsg. mit bekannter c messen (E.d, C sind bekannt) => L-B-Gesetz nach & umstellen Konzentrationsbestimmung: • mit Absorptionsspektrum die Konzentration bestimmen: Lsg. mit monochromatischem Licht der Wellenlänge Imax des. Stoffes durchstralen & Lichtintensität vor & nach Durchstrahlen vergleichen > zu konzentrierte Lösung (nur in stark verdünnten Lösungen, c<0,01 mol/l > verkratzte oder verschmutzte Küvette > Unsaubere Lösungen M=Y₂2-Y₂ X₂-X₁ LD - gemessen wird die Auslöschung / das Verhältnis der Lichtintensität eines Lichtstrahls vor & nach Durchstrallen •Durchtritt der Lichtintensität durch die Lsg. - von 2. Faktoren abhängig. L c. der. Log. Je höher die c des farbigen Stoffes in der Lsg., desto mehr Licht wird absorbiert. Lad der Lsg.: Je größer die Schichtdicke, desto mehr Licht wird absorbiert. •& bekannt Extinktion d. Lsg. mit unbekannter Konz. messen - Wert in L-B-Gesetz - nach cauflösenleinsetzen c= cºd • & unbekanut: 1. Verdünnungsreihe, 2. Messung d. Extinktionen der versch. Kenz., 3. Wertetabelle & Eichkurve, A. Messung Ed. Lsg. Umbert. 5. Graph: chit entsprechender Extinktion ablesen: mögliche Fehlerquellen bei der Fotometrie: LERNZETTEL TO FARBSTOFFF ORGANISCHE CHEMIE Licht & Farbe > weißes Licht sind elektromagnetische Wellen, die in dem für den Menschen sichtbaren Bereich liegen Lo Wellenlängenbereich für das, für das menschliche Auge sichtbare, Licht ca. zws. 400-760km; > UV-Strahlung; <Infra-Rot-St •Je kürzer die Wellenlänge, desto gefährlicher & umso energiereicher ist sie > Farbe entsteht durch die Aufnahme (Absorption) & Abgabe (Emission / Reflexion) von Licht. Farbstoff: Substanz, die elektromagn. Wellen aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich absorbiert & den Rest der Strahlung reflektiert. Das menschliche Ange siekt die Komplimentar forbe der absorbierten Wellenlänge.. Farbigkeit & Molekülstruktur ما Q2.4.2. Erwähnen delokalisierte TT-e im konjugierten D.B-System, Energie des sichtbaren Lichts, Anregung um kurzzeitig von Grundzustand in angeregten Zustand überzugehen; dabei: Moleküle absorbieren best. Wellenlängen; Wellenlängen aus Spektrum des farbigen Lichts →→sichtbar fürs menschl. Auge → wir sehen die • Komplementärfarbe, also den nicht absorbierten Teil des sichtbaren Lichts;. Chromophor farbgebender Molekülteil besteht. hier and... Zusätzlich gibt es aux & aurtiaux Gruppen, die farbivertiefend, wirken (batuochromischer Effectst) => verstärken Delokalisation Bathochronie: = Rotverschiebung; Farbvertie fung; von kurzer nach länger => weniger Energie wird benötigt > Hypsochromie: = Blauverschiebung: Farberhöhung; von länger nach kürzer. mehr Energie wird benötigt! Strukturmerkmale > Chromophor: aromatische Ringe über zentrales (Atom miteinander in Wechselwirkung treten. Lo Konj. DB-System erstreckt sich (nichst) über das ganze Molekül (isolierte aromat. Systeme) > Anxochrom: + M-Effekt & benennen; e-Donator > Antiauxochrom: - M²-Effekt & bennen; e-Akzeptor. => ungsenergie der TT-e > C- Atom: 4 Bindugspartner >> mesomeren Syesteme sind isoliert => größere Anregungsenergie. benötigt als die Energie der sichtbaren Wellenlängen Synthese & Erklärungen NICHT VERGESSEN! > •Dirigismus bei Zweitsubstitution. =>in ortho, meta oder para-Situation. Lo sterische Hinderung, was bevorzugt -> + M-Effekt => aktivierende Wirkung Reaktionstyp/-mechanismus angeben. > Säure-Base-Indikatoren - > neutrales Medium: absorbierte Wellenlänge • Farberscheinung & Komplementärfarbe. >(im Alkalischen) Verschiebung des Absorption's maximums von kürzeren zu längeren, energie ärmeren Wellenlängen. Deprotonierung / Protonierung; + M-Effekt der Auxochrome Loenergieärmere Wellenlänge geneigt zur. Anregung der. The => Delokalisation von TT-e stärker (=Bathoch) > Delokalisation aufgrund der nicht gleichwertigen mesomeren Grenzstrukturen nicht so. Lo erklärt sich dadurch, dass mesomere GS. mit Ladungen formulieren lassen 2. ausgeprägt. FARBSTOFFF Je ausgeprägter das konjugierte System an Doppellbindungen ist, desto kleiner ist der Abstand von HOMO zu LUMO. Das heißt eine kleinere Energicportion reicht zur Anregung der TT-Elektronen aus und daher absorbiert das Molekul Strahlung aus dem Bereich des sichtbaren Licht. LERNZETTEL ORGANISCHE CHEMIE. Q2.1.2. > Durch die Absorption der Energie des lichts kann ein Elektion aus seinem. Grundzustand in einen angregten Zustand gehoben werden > Die für die Anregung notwendige Energie entspricht der Energie des absorbierten Lichts. Lo Je kl 2 kleiner die Energie differenz zwischen Grundzustand & angeregtem Zustand ist, desto energie ärmer & langwelliger ist das absorbierte Licht & umgekehrt - angeregte Zustand nur für kurzen Augenblick -→-danach e zurück in Grundzustand & gibt dabei die aufgenommene Energie. wieder ab Farbregeln. 1. Bei zunehmender Ausdehnung des konjugierten TT-e-Systems wird die Wellenlänge der max. Absorption (imax) stärker in den langwelligen Bereich verschoben (bathochrome Verschiebung). .2. Je ausgeprägter der Bindungsausgleich zus. Einfach- & Doppelbindungen ist, d.n. je gleichwertiger die Grenzstrukturen sind, umso langerwelliger absorbiert ein konjugiertes. TI-eº-System (bathochrome Verschielang). Dabei gilt: Ladungsverschie- bungen liefern stabilere mesomere Systeme als Ladungstrennungen. 3. Auxochrome bzw. antiauxochrome Gruppen bewirken eine bathochrome Verschiebung des Absorptions maxinums lines Chromophors. Eine optimale bathochrome Verschiebung erhält man, wenn gleichzeitig eine auxochrome & autianxochrome Gruppe in Konjugation mit dem Chromophor treten (Push-Pull-Effekt). Anxochrome & Antianxochrome verstärken die Delokalisierung der IT-eº im konjugierten Doppelbindungssystem, wodurch · die Anregung der Elektronen erleichtert wird & somit eine Verschiebung der Lichtabsorption stattfindet." > Eine TT-E-Delokalisation ist umso ausgeprägter, je geringer der Energie unterschied zwischen den formulierbaren mesomeren Grenzstrukturen ist oder anders ausgedrückt, je weniger sich die wesomeren Grenzstrukturen in ihrer Stabilität unterscheiden