Bathochromer Effekt

Der bathochrome Effekt beeinflusst das Absorptionsspektrum eines Farbstoffs durch Wirkung auxochromer oder anti-auxochromer Substituenten und funktioneller Gruppen in Richtung größerer Wellenlängen, also zum energieärmeren Bereich des Lichtspektrums. Substituenten und funktionelle Gruppen, deren Einführung in ein organisches Farbstoffmolekül zu einer solchen Verschiebung der Absorption ins Längerwellige führt, werden dementsprechend auch Bathochrome oder bathochrome Gruppe genannt.

Die zwei Br-Substituenten des Purpur (Dibromindigo) verschieben das Absorptionsmaximum des Indigo zum Längerwelligen.

Grundlagen

Der Farbreiz eines Farbstoffs entsteht durch selektive Absorption sichtbaren Lichts. Für die Absorption ist eine Elektronenanregung im Farbstoff verantwortlich, bei organischen Farbstoffen meist im delokalisierten System der π-Elektronen des Chromophors.

Bathochrome sind Substituenten und funktionelle Gruppen, die die Elektronendichte mithin die Ausdehnung des delokalisierten π-Elektronensystems des Chromophors durch ihren mesomeren Effekts so verändern, dass im Ergebnis weniger Energie benötigt wird, um die π-Elektronen des Chromophors in einen angeregten Zustand zu versetzen. Im Vergleich zum unsubstituierten Farbstoff genügt energieärmeres (d.h. längerwelliges) Licht zur Anregung des Chromophors und so verschiebt sich das Absorptionsmaximum dementsprechend ins Längerwellige .

Durch geeignete Bathochrome kann das Absorptionsspektrum eines zuvor farblosen Stoffs aus dem ultravioletten Spektralbereich ins sichtbare Spektrum verschoben werden, der Stoff verursacht so eine spezifische Farbvalenz.

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), während die andere sie gleichzeitig zu verringern sucht (-M).

Bei organischen Farbstoffen bewirken die bathochromen Gruppen −OH, −NH₂ und −OCH₃ als Auxochrome eine Verschiebung des Absorptionsspektrums von Violett über Blau, Cyan, Grün und Gelb bis Rot, mit der Folge, dass die wahrgenommene Farbe des betreffenden Stoffs sich in genau umgekehrter Reihenfolge ändert: Aus Blau wird Violett, aus Rot Gelb.

So wird beispielsweise das orangerote Azobenzol (H₅C₆−N=N−C₆H₅) bei Substitution eines H-Atoms durch eine NH₂-Gruppe zum intensiv gelben Aminoazobenzol (H₅C₆−N=N−C₆H₄−NH₂, Anilingelb).

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.