Bausteine von Chromophoren
(Welsch & Liebmann, 2012)
Im letzten Abschnitt wurde besprochen, dass ein Molekül leicht anregbare Elektronen benötigt, damit es Licht aus dem (energieärmeren) sichtbaren Bereich absorbieren kann. Dabei wurde das Prinzip der Konjugation anhand von Kohlenstoffdoppelbindungen illustriert. Farbstoffmoleküle haben die Gemeinsamkeit, dass sie alle mehr oder weniger ausgedehnte Systeme konjugierter Doppelbindungen enthalten (also delokalisierte $\pi$-Elektronensysteme). Diese farbgebenden $\pi$-Elektronensysteme werden als Chromophore bezeichnet (griech. Chroma = Farbe, phrein = tragen)
Typische Beispiele für Chromophore sind: Azogruppen $\mathrm{N\negthinspace \negthinspace =\negthinspace \negthinspace N}$, Carbonylgruppen $\mathrm{C\negthinspace \negthinspace =\negthinspace \negthinspace O}$, Azomethingruppen $\mathrm{C\negthinspace \negthinspace =\negthinspace \negthinspace N}$, Nitrosogruppen $\mathrm{N\negthinspace \negthinspace =\negthinspace \negthinspace O}$ oder Thiocarbonylgruppen $\mathrm{C\negthinspace \negthinspace =\negthinspace \negthinspace S}$.
Es gilt auch hier: Je ausgedehnter das chromophore System aus delokalisierten $\pi$-Elektronen ist, desto weniger Energie ist zu deren Anregung nötig. Dies bedeutet gleichzeitig eine Absorption im längerwelligen Bereich.
Einen weiteren Einfluss auf die Farbigkeit von Stoffen haben Substituenten eines Moleküls. Substituenten können entweder als auxochrome Gruppe oder antiauxochrome Gruppe fungieren. Auxochrome Gruppen – Substituenten mit einem $+M$-Effekt – fungieren als Elektronendonator und verfügen über freie Elektronenpaare, die mit dem Doppelbindungssystem des Chromophors in Wechselwirkung treten können. Sie bewirken daher, dass sich das Absorptionsmaximum in den längerwelligen Bereich verschiebt. Dies nennt man bathochrome Verschiebung. Typische Auxochrome sind z.B. $\mathrm{-\negthinspace OH}$, $\mathrm{-\negthinspace NH_2}$, $\mathrm{-\negthinspace OR}$ oder $\mathrm{-\negthinspace NR_2}$. Die Gemeinsamkeit ist, dass die Substituenten alle freie Elektronenpaare besitzen, welche mit dem Doppelbindungssystem des Chromophors in Wechselwirkung treten können.
Auch Antiauxochrome – Substituenten mit einem $-M$-Effekt – können einen bathochromen Effekt verursachen. Darunter versteht sich eine Gruppe mit einem Elektronenmangel, sodass sie als Elektronenakzeptor fungiert und damit Mesomerie entsteht kann. Typische Antiauxochrome sind: $\mathrm{-\negthinspace NO_2}$, $\mathrm{-\negthinspace COOH}$, $\mathrm{-\negthinspace CN}$ oder $\mathrm{-\negthinspace CHO}$.
Am günstigsten ist es dabei, wenn eine antiauxochrome und eine auxochrome Gruppe an gegenüberliegenden Seiten des Moleküls sind.
Anleitung: An den Knöpfen links die Grundform des Moleküls ändern. An den Knöpfen rechts festlegen, ob eine auxochrome und/oder eine antiauxochrome Gruppe vorhanden sein sollen.
Wichtig ist also: Auxochrome und antiauxochrome Gruppen erweitern das delokalisierte Elektronensystem eines Moleküls, wodurch sich die Absorption in den langweiligeren Bereich verschiebt und es zu einer Farbvertiefung kommt. In der nachfolgenden Tabelle sind noch einmal die Prinzipien und Unterschiede der beiden Gruppe festgehalten.
