Negative Solvatochromie

Demonstrationsexperiment auf Video

Negative Solvatochromie

Lernziele: Hypsochrome Verschiebung, Solvenspolarität

Peter Keusch

English version

Chemikaliens:
N-(4'-Hydroxy-3',5'-diphenyl)-2,4,6-triphenyl-pyridinium-betain - Reichardt's Dye (I)
4-(4'-Hydroxystyryl)-N-methyl-pyridinium-jodid (II)
2-(4'-Hydroxystyryl)-N-methyl-quinolinium-betain (III)
Aceton
n-Butanol
Ethanol 96 %
Isopropanol
Methanol
Chloroform
Piperidin

Glaswaren:
6 Reagierkelche, graduiert, 500 mL
7 Glasrührstäbe
graduierter Standzylinder mit Stopfen, 500 mL
Becherglas 250 mL
Vollpipette 3 mL
Peleusball
7 Schappdeckelgläser
3 Uhrgläser
Spatel

Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:

Aceton, Ethanol und Isopropanol sind leicht entzündlich.

Methanol ist giftig beim Einatmen und Verschlucken. Kann über die Haut aufgenommen werden und wirkt als Zellgift. Mögliche Vergiftungserscheinungen sind Schwindel, Kopfschmerz, Schwächegefühl, Übelkeit, Leibschmerzen und beginnende Sehstörungen mit deutlicher Übersäuerung des Blutes. In schweren Fällen kommt es zu schweren Sehstörungen, zentralnervösen Anfällen, sowie Atemlähmung und Herzstillstand.
Piperidin ist ein Gift, das eingeatmet oder geschluckt folgenschwer ist. Starkes Reizmittel. Leicht entflammbar. Die Dämpfe sind viel schwerer als Luft und bilden mit Luft explosionsfähige Gemische.

Chloroform kann Mißbildungen verursachen. Gesundheitsschädlich beim Einatmen und Verschlucken. Reizt die Haut. Irreversibler Schaden möglich. Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition. Kann möglicherweise Krebs erzeugen.

Schutzbrille und Schutzhandschuhe erforderlich. Das Experiment ist in einem Tischabzug durchzuführen!

Versuchsdurchführung:

Versuch 1:
Jeweils ein Reagierkelch wird mit 400 mL Aceton, Isopropanol und Ethanol gefüllt. Die Lösungsmittel versetzt man jeweils mit 3 mL Piperidin (Beseitigung von Säurespuren). Jeweils eine Spatelspitze von Pyridiniumbetains (Farbstoff I) wird in den einzelnen Lösungsmitteln unter Rühren gelöst.

Versuch 2:
Jeweils ein Reagierkelch wird mit 400 mL n-Butanol, Methanol bzw. dest. Wasser gefüllt. Die Lösungsmittel versetzt man wiederum jeweils mit 3 mL Piperidin (Beseitigung von Säurespuren). Jeweils eine Spatelspitze des Pyridiniumjodids (Farbstoff II) wird in den einzelnen Solventien unter Rühren gelöst.

Versuch 3:
In einem Becherglas werden 200 mL dest. Wasser mit 3 mL Piperidin und einer Spatelspitze Chinoliniumbetain (Farbstoff III) versetzt. Die Farbstofflösung gibt man in einen verschließbaren Mischzylinder, der 200 mL Chloroform enthält. Der Mischzylinder wird geschüttelt.

Versuchsergebnis:

Versuch 1

	Lösungsmittel	Farbe der Lösung
Reagierkelch 1	Aceton	blaugrün
Reagierkelch 2	Isopropanol	blau
Reagierkelch 3	Ethanol	purpur

N-(4'-Hydroxy-3',5'-diphenyl)-2,4,6-triphenyl-pyridinium-betain
Reichardt' s Dye (I)

Versuch 2

	Lösungsmittel	Farbe der Lösung
Reagierkelch 1	n-Butanol	violett
Reagierkelch 2	Methanol	rot
Reagierkelch 3	Wasser	gelb

4-(4'-Hydroxystyryl)-N-methyl-pyridinium-jodid (II)

Versuch 3:

In Wasser ist das Methylchinolinium-betain mit blutroter, in Chloroform mit tintenblauer Farbe gelöst.

2-(4'-Hydroxystyryl)-N-methyl-chinolinium-betain (III)

Videoclip (Download RealPlayer .rm Datei)

Vorliegende Farbstoffe zeigen mit steigender Solvenspolarität eine hypsochrome Verschiebung des Absorptionsmaximums.

Deutung des Versuchsergebnisses:

Vorliegende Farbstoffe zeigen negative Solvatochromie. Mit steigender Solvenspolarität findet eine hypsochrome Verschiebung des Absorptionsmaximums statt.

· Der angeregte Zustand ist weniger polar als der Grundzustand (1). Polare Lösungsmittel stabilisieren den Grundzustand. Die Energiedifferenz zwischen Grundzustand und angeregtem Zustand wird mit steigender Solvenzpolarität größer. Die Anregungsenergie nimmt zu. Das Absorptionsmaximum wird zum Kurzwelligen verschoben (2).

· Unpolare Lösungsmittel destabilisieren hingegen den polaren Grundzustand. Dieser wird energetisch angehoben. Die Energiedifferenz zwischen Grundzustand und angeregtem Zustand wird kleiner, was zu einer bathochromen Verschiebung des Absorptionsmaximums führt.

Zusammenfassung:

Das Vorzeichen der Solvatochromie ist abhängig von der Polarität der Farbstoffmoleküle im Grundzustand. Aus dem Phänomen der Solvatochromie ergeben sich zwei Anwendungsbereiche:

· Bestimmung der Polarität organischer Farbstoffe im Grundzustand, d.h. Erfassung des Mesomerieschwerpunktes in verschiedenen Lösungsmitteln

· Bestimmung von Solvenspolaritäten.

Hinweise:
Computergestützte Experimente Negative Solvatochromie
Computergestützte Experimente Positive Solvatochromie
Demonstrationsexperimente auf Video Positive Solvatochromie

Liste der Experimente