B 2 Kunst- und Farbstoffe – früher und heute

B 2 Kunst- und Farbstoffe – früher und heute

1.1

HC CH₂

Alle 8 C-Atome sind sp²-hybridisiert. Die p-Orbitale, besetzt mit einem Elektron, stehen senkrecht zur Ebene der C-Atome und alle C-C-Bindungen haben die gleiche Bindungslänge. Daraus folgt eine planare Anordnung in der die -Elektronen über das ganze C-Atomskelett delokalisiert sind. Es liegt eine hohe Mesomeriestabilisierung vor.

1.2

elektrophile Additionsreaktion von Styrol mit Brom

H₂C HC

Styrol

+ Br₂

C C H

Br H H

Br

1,2-Dibromethylbenzol elektrophile Substitutionsreaktion von Brom am Benzolring mit Hilfe eines Katalysators (z.B. FeBr3) in der Kälte:

H₂C HC

Styrol

+ Br₂

H₂C HC

Br

+ HBr Kat

Kälte

2-Bromstyrol radikalische Substitution an der Alkylgruppe des Ethylbenzols:

H₃C

H₂C + Br₂

H₃C CH

2-Bromethylbenzol

+ HBr

Br

H₂C H₂C

1-Bromethylbenzol

Br

h ^. f

Ethylbenzol

homolytische Trennung des Brommoleküls durch Licht beziehungsweise durch einen Radikalbildner zu Bromradikalen, die dann die Kettenreaktion einleiten. Es entstehen 2 Strukturisomere.

1.2.2

Als Substituent 1. Ordnung dirigiert die Ethylgruppe in ortho- und para-Stellung.

Bevorzugt sind: 1-Brom-2-ethylbenzol und 1-Brom-4-ethylbenzol

Der Benzolring hat einen +M-Effekt und einen –I-Effekt, wobei der +M-Effekt gegenüber dem –I-Effekt abgeschwächt ist. Also wird das sekundäre C-Atom im Übergangszustand stabilisiert.

Bevorzugt ist: 2-Bromethylbenzol

H₃C H₂C

H₃C CH

2-Bromethylbenzol

Br

H₂C H₂C

1-Bromethylbenzol

Br Br

1-Brom-2-ethylbenzol (ortho)

H₃C H₂C

H₃C H₂C

Br

Br

1-Brom-3-ethylbenzol (meta)

1-Brom-4-ethylbenzol (para)

1.3 Für die Synthese eines Farbstoffs eignen sich u.a. Phenol und Anilin aus dem Steinkohlenteer.

NH₂ + NO⁺ _{N N}

Anilin Nitrosyl-Ion

aus NaNO₂

Benzoldiazonium-Ion - H₂O

N N

Benzoldiazonium-Ion

+ OH -H⁺

in der Kälte

N N OH

Phenol

4-Hydroxyazobenzol (Anilingelb) Diazotierung:

Kupplung:

H

2.1

H₂C H₂ C

CH₂

CH₂ OH HO

HOOC H₂ C

CH₂ H₂ C

CH₂

COOH

COOH HOOC

Butan-1,2-diol A

Hexandisäure B

Benzol-1,2-dicarbonsäure C

O C

CH₂ H2

C CH₂

H2

C C

O CH₂

H2

C CH₂

H2

C O

C O

O

O

C O

O

Strukturformelausschnitt des Kunststoffs -B-A-C-

2.2.1

Man benötigt einen Radikalbildner z.B. Dibenzylperoxid, dieser zerfällt homolytisch in zwei Radikale R^..

O

O O

O

Benzoylperoxid

R R R + R

HC CH + R CHR CH

CHR CH HC CH

CHR C

H C

H CH

CHR C

H C

H CH

+

+ n^{HC CH CHR C}_H ^C_H ^C_H ^C_H ^CH

n Startreaktion:

Kettenreaktionen:

2.2.2

Durch das weiträumig delokalisierte -Elektronensystem kommt es zur elektrischen Leitfähigkeit, so lädt sich ein Kunststoff aus Polyethin durch Reibung auf.

2.2.3

Ausschnitt des PPV-Derivats.

entspricht R - R

homolytisch getrennt

OH

O

Auxochrome Gruppen, wie die Hydroxy-Gruppe setzen die Anregungsenergie herab.

Durch Verschiebung der freien Elektronenpaare am Sauerstoff wird ein Elektronendruck auf das delokalisierte -Elektronensystem ausgeübt. Die Delokalisation wird erleichtert und damit die Anregungsenergie herabgesetzt. Es kommt zu einer Verschiebung der Absorption in den langwelligeren (energieärmeren) und sichtbaren Bereich des Lichts und damit ist der Kunststoff farbig.