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Experimente in Projektion - Chemie en miniature

Lichtabsorption der Triphenylmethylium-Salze

Peter Keusch






English version

Chemikalien:
10 - 4 M wässerige Kristallviolett - Lösung
10 - 3 M wässerige Malachitgrün - Lösung
Triphenylcarbinol
konz. Schwefelsäure


Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:

Kristallviolett steht im Verdacht krebserregend zu sein. Es ist ein starkes Augenreizmittel und ist schädigend bei Inhalation, Einnahme und Hautkontakt.
Malachitgrün kann Augen und Haut reizen.
Konz. Schwefelsäure kann schwere Verätzungen verursachen. Gefahr ernster Gesundheitsschäden auch beim Einatmen und Schlucken.

Schutzbrille, Schutzhandschuhe und gute Raumdurchlüftung erforderlich.


Versuchsdurchführung:

Drei Reagenzgläser werden wie folgt vorbereitet:

R1
2 Kristalle Triphenylcarbinol
R2
1 mL Kristallviolett - Lösung
R3
  1 mL Malachitgrün - Lösung  


Zu den Triphenylcarbinolkristallen in R1 wird 1 mL konz. Schwefelsäure pipettiert.






Versuchsergebnis:

  Farbe Absorptionsmaximum
R1 orangegelb 431 nm
R2 violett 590 nm
R3   blaugrün   623 nm


Foto
Bild 1: Triphenylmethykation    Kristallviolett    Malachitgrün



Deutung des Versuchsergebnisses:

·   In konz. Schwefelsäure bildet sich aus dem Triphenylcarbinol reversibel eine farbige Spezies, das Triphenylmethylkation. Es läßt sich mit schwach nucleophilen Gegenionen
(z.B. BF 4 -, SbCl 6 -) in Substanz isolieren und röntgenstrukturanalytisch sichern  (1).


Das Carbokation-Zentrum steht mit drei Benzolringen in Konjugation, wodurch die positive Ladung stark delokalisiert ist. So besitzt das Triphenylmethyl-Kation zehn Resonanzstrukturen, in denen die positive Ladung auf sechs ortho- und drei para-Positionen verteilt ist.

·   Das Ausmaß der bathochromen Verschiebung nimmt in der Reihe  Triphenylmethylkation  < Kristallviolett  <  Malachitgrün  zu  (2).  Die Lage des Absorptionsmaxiuma der angeführten Triphenylmethane hängt von der Geometrie des Chromophors sowie der Wirksamkeit der (para-) Substituenten in den Phenylringen ab.




·   Röntgenstrukturanalyen zeigen, dass die geometrische Struktur des Kristallvioletts wie die des Fuchsins einem 3-flügeligen Propeller ähnelt. Die Ebenen der Phenylringe sind aus einer Ebene herausgedreht, die vom zentralen C-Atom und seinen drei Bindungen festgelegt ist. Der dihedrale Winkel zwischen den Phenylringen und der Koordinationsebene beträgt 27.7°. Die Verdrillung der Phenylringe kann als Kompromiss zwischen der sterischen Behinderung ortho-ständiger H-Atome benachbarter Ringe und der maximalen Resonanzstabilisierung angesehen werden  (Abb. 2).  Die sterische Behinderung der ortho-ständigen Wasserstoffatome begünstigt die nicht-planare Struktur. Die p-Elektronenkonjugation (maximale Resonanzstabilisierung) begünstigt die planare Konformation. Aufgrund der nicht-planaren Struktur, ist die p - Elektronen Konjugation im Kristallviolett nicht so ausgeprägt wie in p konjugierten koplanaren Systemen.



Bild 2: Verdrillung der Phenylringe
sterische Abstoßung der ortho-ständigen Wasserstoffatome (blau)



entgegengesetzt verdrehte enantiomere Konformationen des Kristallvioletts

·   Im Malachitgrün sind lediglich zwei der drei Phenylringe mit einer Dimethylaminogruppe substituiert. Die beiden substitutierten Ringe sind nahezu planar ausgerichtet  (2).  Aufgrund der besseren p - Elektronen Konjugation zwischen den beiden koplanaren Ringen ist das Absorptionsmaximum des Malachitgrüns zum längerwelligen Bereich des sichtbaren Spektrums verschoben. Der dritte Ring beteiligt sich nicht an der Resonanz und ist aus der Ebene der beiden anderen Ringe herausgedreht.


Hinweise:
Computergestützte Experimente   Absorptionsmaxima der Triphenylmethanfarbstoffe
Computergestützte Experimente   Lichtabsorption der Triphenylmethanfarbstoffe
Computergestützte Experimente   Reaktionskinetik: Entfärbung der Triphemylmethanfarbstoffe - eine Reaktion pseudo-erster Ordnung
Computergestützte Experimente   Reaktionskinetik: Entfärbung von Phenolphthalein in alkalischem Medium
Experimente in Projektion   Kristallviolett - ein pH-Indikator
  Demonstrationsexperiment auf Video   Kristallviolett - ein pH-Indikator


Liste der Projektionsexperimente






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