Chemie: Farbstoffe/Mesomerie

[Feuerkerk]

Hey, ich übte soeben ein wenig für die am Montag bevorstehende Chemie-Klausur und stieß dabei auf mehrere Fragen, die ich nicht oder nur unsicher beantworten konnte. Wäre sehr dankbar für Antworten. :)

1. Wie viele mesomere Grenzformeln hat p-Nitroanilin?
Nur zwei?

2. Lycopin, der Farbstoff der roten Tomate besitzt konjugierte Doppelbindungen. Bei Zugabe von Bromlösung zum Tomatensaft verändert sich die Farbe. Erklären Sie diese Beobachtung.
:dnuhr:

3. Versetzt man Lösung von gelbem 4-Hydroxyazobenzol mit Natronlauge, so färbt sich die Lösung rot. Erklären Sie die Farbänderung.
Ich weiß nicht mal, wie genau 4-Hydroxyazobenzol aussieht... :/ Ein Benzolring mit einer Azogruppe und einer Hydroxygruppe in p-Stellung? Aber was macht denn die Natronlauge damit?

4. a) Bei der Synthese von Azofarbstoffen begünstigen Auxochrome in der Kupplungskomponete die Kupplungsreaktion. Begründen Sie dies.
Ich nehme an, das liegt daran, dass auxochrome Gruppen einen +M-Effekt haben, also Elektronen zur Verfügung stellen, was die Elektronendichte im Ring erhöht und somit die elektrophile aromatische Substition erleichtert.

b) Begründen Sie am Beispiel von Phenol als Kupplungskomponente, weshalb ein alkalisches Milieu die Kupplung begünstigt.
:dnuhr:

[Schmunzel]

1. Wie viele mesomere Grenzformeln hat p-Nitroanilin?
Nur zwei?
Eine wesentliche Grenzformel wäre das chinoide System (http://de.wikipedia.org/wiki/Chinone) (deswegen wesentlich, weil dieses System farbgebend ist). Um bis dahin zu gelangen sind mehrere Schritte nötig, die man ebenso als Grenzformel aufschreiben könnte. Dazu könntest du dir als Ansatz die Mesomeren Grenzstrukturen des Nitrobenzols (http://www.thomasmusolf.de/fuer_schueler_und_eltern/Chemie/Semester%201%20Aufbau%20der%20Materie/V%20Kohlenstoff/V%20Reaktionsmechanismen/zweits4.JPG) und des Anilins (http://www.abiturloesungen.de/ch/bylk01/l2_21c.gif) anschauen.


2. Lycopin, der Farbstoff der roten Tomate besitzt konjugierte Doppelbindungen. Bei Zugabe von Bromlösung zum Tomatensaft verändert sich die Farbe. Erklären Sie diese Beobachtung.
:dnuhr:
Es erfolgt eine Addition des Broms, wodurch die Doppelbindung aufgespalten werden. Damit wird dein delokalisiertes pi-Elektronensystem kleiner, die benötigte Energie zur Anregung der Elektronen größer womit sich deine Absorptionsbande in den kürzerwelligeren Bereich verschiebt.



3. Versetzt man Lösung von gelbem 4-Hydroxyazobenzol mit Natronlauge, so färbt sich die Lösung rot. Erklären Sie die Farbänderung.
Ich weiß nicht mal, wie genau 4-Hydroxyazobenzol aussieht... :/ Ein Benzolring mit einer Azogruppe und einer Hydroxygruppe in p-Stellung? Aber was macht denn die Natronlauge damit?
sieht so aus:http://www.bentz46.de/pdf/abi/org/aufgaben/Farbstoffe.PDF (erste Seite unter 1983/IV/4)
Bei Zusatz von Natronlauge spaltet sich der Wasserstoff von dem Sauerstoffatom ab. Nun kann man mesomere Grenzstrukturen entwickeln, die ein chinoides System bilden, was eine Verschiebung der Absorptionsbande in den längerwelligeren Bereich zur Folge hat.


4. a) Bei der Synthese von Azofarbstoffen begünstigen Auxochrome in der Kupplungskomponete die Kupplungsreaktion. Begründen Sie dies.
Ich nehme an, das liegt daran, dass auxochrome Gruppen einen +M-Effekt haben, also Elektronen zur Verfügung stellen, was die Elektronendichte im Ring erhöht und somit die elektrophile aromatische Substition erleichtert.
Stimmt.



b) Begründen Sie am Beispiel von Phenol als Kupplungskomponente, weshalb ein alkalisches Milieu die Kupplung begünstigt.
:dnuhr:
Phenol wird im alkalischen zum Phenolat. Dabei wird der Wasserstoff vom Sauerstoffatom abgespalten. (siehe Aufgabe 3 oder Link http://de.wikipedia.org/wiki/Phenol unter Eigenschaften)
Damit hättest du einen tollen +M-Effekt und somit der Aufgabe 4a) entsprochen.

[Feuerkerk]

Eine wesentliche Grenzformel wäre das chinoide System (http://de.wikipedia.org/wiki/Chinone) (deswegen wesentlich, weil dieses System farbgebend ist). Um bis dahin zu gelangen sind mehrere Schritte nötig, die man ebenso als Grenzformel aufschreiben könnte. Dazu könntest du dir als Ansatz die Mesomeren Grenzstrukturen des Nitrobenzols (http://www.thomasmusolf.de/fuer_schueler_und_eltern/Chemie/Semester%201%20Aufbau%20der%20Materie/V%20Kohlenstoff/V%20Reaktionsmechanismen/zweits4.JPG) und des Anilins (http://www.abiturloesungen.de/ch/bylk01/l2_21c.gif) anschauen.

Aber bei Nitroanilin ist doch nicht Sauerstoff mit dem Ring verbunden, sondern zweimal Stickstoff und die Gruppen haben einmal einen +M-Effekt und einmal einen -M-Effekt...
Übrigens, was macht eigentlich der Sauerstoff, zieht der noch mal ein Elektronenpaar aus dem Ring raus oder stellt er eins aus seiner Doppelbindung für die Mesomerie zur Verfügung? §kratz



Es erfolgt eine Addition des Broms, wodurch die Doppelbindung aufgespalten werden. Damit wird dein delokalisiertes pi-Elektronensystem kleiner, die benötigte Energie zur Anregung der Elektronen größer womit sich deine Absorptionsbande in den kürzerwelligeren Bereich verschiebt.

Aber Lycopin hat doch auch zwei isolierte Doppelbindungen... könnte das Brom nicht auch da addiert werden?

[Schmunzel]

Aber bei Nitroanilin ist doch nicht Sauerstoff mit dem Ring verbunden, sondern zweimal Stickstoff und die Gruppen haben einmal einen +M-Effekt und einmal einen -M-Effekt...
Übrigens, was macht eigentlich der Sauerstoff, zieht der noch mal ein Elektronenpaar aus dem Ring raus oder stellt er eins aus seiner Doppelbindung für die Mesomerie zur Verfügung? §kratz
Deswegen nennt man es nicht Chinon, sondern chinoides System, weil es von der Sturktur her gleicht.
Sauerstoff zieht generell.



Aber Lycopin hat doch auch zwei isolierte Doppelbindungen... könnte das Brom nicht auch da addiert werden?
Natürlich macht es das Brom auch. Allerdings wird sich das Brom auch an den anderen Doppelbindungen vergehen ;)

[Feuerkerk]

Deswegen nennt man es nicht Chinon, sondern chinoides System, weil es von der Sturktur her gleicht.

Hm... aber wie sehen denn dann die mesomeren Grenzstrukturen aus? So wie das Bild bei wiki, das mit "Mesomere Grenzstrukturen von Semichinon" unterschrieben ist? §kratz

[Schmunzel]

Hm... aber wie sehen denn dann die mesomeren Grenzstrukturen aus? So wie das Bild bei wiki, das mit "Mesomere Grenzstrukturen von Semichinon" unterschrieben ist? §kratz

Schreib sie dir doch für Nitrobenzol auf und für Anilin auf. Dann hängst du halt noch die jeweilige andere Funktionelle Gruppe an. Sollte deine Ladung in Parastellung stehen kannst du als nächsten Schritt das chinoide System aufstellen. Man kann sozusagen auf zwei Wege zum chinoiden System hingelangen. Einmal fängst du mit der Nitrogruppe an, welche Elektronen zieht und einmal fängst du mit der Aminogruppe an, die Elektronen schiebt.

[Feuerkerk]

Verstehe ich gerade irgendwie nicht, sorry... wenn ich jetzt von Anilin ausgehe, nehme ich z.B. als erste Grenzformel die, bei der alle sechs Elektronen im Ring sind.
Dann als zweites lass ich ein Elektronenpaar aus dem Ring "rausspringen" und schreib es an das C-Atom an der Position 2. Der Stickstoff stellt dann sein freies Elektronenpaar für eine Doppelbindung zur Verfügung.
Die dritte Struktur sieht dann so aus, dass das freie Elektronenpaar außen am C-Atom an Position 4 ist, bei der vierten ist es außen am C-Atom mit der Position 6 und bei der fünften sind wieder alle im Ring.
Wo soll ich denn da nun noch eine Nitrogruppe hinzufügen, um zum chinoiden System (ist das eine allgemeinere Bezeichnung für das Nitroanilin?) zu gelangen?

[Schmunzel]

http://upload.worldofplayers.de/files4/aySsXbqGwgzNAUiBlzxWNeue Bitmap.jpg

ich sollte mir wirklich mal wieder das Programm "Chemsketch" draufinstallieren.

Edit: ich hab vergessen bei der 2. Struktur einen Pfeil zu zeichnen. Du hast es sicherlich schon entdeckt :D

[Feuerkerk]

Also hat Nitroanilin drei mesomere Grenzformeln? (eben die, die du da aufgezeichnet hast)

[Schmunzel]

Also hat Nitroanilin drei mesomere Grenzformeln? (eben die, die du da aufgezeichnet hast)

naja. Schau mal, was rauskommt, wenn du mit der Nitrogruppe anfängst.

[Feuerkerk]

So? Also dann fünf Grenzstrukturen?

http://img532.imageshack.us/img532/9144/chemie.jpg

(ist etwas unsauber, sorry §ugly)

[Schmunzel]

So? Also dann fünf Grenzstrukturen?

http://img532.imageshack.us/img532/9144/chemie.jpg

(ist etwas unsauber, sorry §ugly)

sieht "gut" aus §ugly

[Feuerkerk]

Ok, danke, hast mir sehr geholfen. :)