Beispielhafte Synthesen farbiger Stoffe

Experimente:
Versuch: Aromatenprobe
Versuch: Synthese von Phenolphthalein
Versuch: Synthese von Fluorescein
Versuch: Synthese eines Azofarbstoffes
Versuch: Synthese von ß-Naphtholorange
Versuch: Substantivfärbung mit künstlichen Farbstoffen
Versuch: Synthese von Indigo
Versuch: Färben mit Berliner Blau
Versuch: Färben mit Anilinschwarz

1 Aromatenprobe (-> Versuch 1)
Bei der Aromatenprobe mischt man Chloroform mit dem Aromaten und lässt beide zusammen in Gegenwart von wasserfreiem Aluminiumchlorid reagieren. Dabei bilden sich je nach Aromaten charakteristische farbige Stoffe. Die Reaktion ist übrigens eine Friedel-Crafts-Alkylierung und führt zur Reihe der Triphenylmethanfarbstoffe, zu denen auch Phenolphthalein, Fluorescein und Kristallviolett gehören (s. u.).

Bild 2: Möglicher Farbstoff bei der Aromatenprobe mit Benzol

2 Synthese von Phenolphthalein (-> Versuch 2)
Die (im sauberen Zustand) farblosen Verbindungen Phenol und Phthalsäureanhydrid verbinden sich unter Schwefelsäureeinfluss zum zunächst farblosen Phenolphthalein, das mit Laugen zu einem purpurfarbigen Stoff reagiert (Halochromie).

Bild 3: Synthese von Phenolphthalein

3 Synthese von Fluorescein (-> Versuch 3)
Die (im sauberen Zustand) farblosen Verbindungen Resorcin und Phthalsäureanhydrid verbinden sich unter Schwefelsäureeinfluss zum gelben Fluorescein. Dieser Stoff zeigt das Phänomen der Fluoreszenz.

Bild 4: Synthese von Fluorescein

4 Synthese eines Azofarbstoffs (-> Versuch 4a und Versuch 4b)
Mischt man geringe Mengen von Natriumnitrit in saurer Lösung mit farbloser Sulfanilsäure und farblosem N-1-Naphthyl-ethylendiamin-hydrochlorid, so bildet sich rasch ein intensiv purpurner Stoff. Die Mischung der beiden organischen Verbindungen ist als Saltzman-Reagenz in der Wasser- und Luftanalytik bekannt. Sie dient zum Nachweis von Nitrit-Ionen. Genau genommen weisen wir mit dieser Reaktion die im Sauren aus Nitrit gebildeten Stickoxide nach.

Eine Anmerkung: Wir werden öfter gefragt, warum wir die Kupplungsreaktion nicht an dem Ring mit dem Erstsubstituenten -NHR ablaufen lassen, wie es z. B. im Foliensatz des Fonds der Chemischen Industrie gezeigt wird. Unsere Lenkung des zweiten Substituenten nach Stellung 7 hat vor allem graphische Gründe. Aber so ganz falsch ist die Formel auch nicht. Beim Naphthalin gelten nämlich nicht so exakte Regeln wie beim Benzol. Wir folgen der Zweitsubstitutions-Regel 1 für Naphthalin: Substituenten 1. Ordnung (vor allem -OH und -NHR), die in 1-Stellung stehen, dirigieren den neu eintretenden Substituenten vornehmlich in p- bzw. o-Stellung (also 4 bzw. 2), bedingt aber auch nach 5 und 7. Lies hierzu: H. Beyer, W. Walter: Lehrbuch der Organischen Chemie, Hirzel-Verlag Stuttgart, 22 Auflage 1991; S. 630

Zu den Azofarbstoffen gehört auch Kongorot (-> Versuch 7).

Bei der technischen Synthese von Farbstoffen muss man beachten, dass sich eine Zwischenstufe, das Diazonium-Ion, bildet:

Dieses Ion kuppelt mit dem ß-Naphthol zum Azofarbstoff.

Das Diazonium-Ion neigt bei Temperaturen über 5 °C zur Abspaltung von Stickstoff. Deshalb müssen die Synthesemischungen gut gekühlt werden (-> Versuch 4b).

5 Indigosynthese (-> Versuch 5)
Indigo war früher ein sehr teurer, natürlicher Farbstoff, der aus Pflanzen gewonnen wurde, die in unseren Breiten nicht wuchsen. Um die Jahrhundertwende entwickelte man die ersten, noch sehr komplizierten Synthesen. Heute gelingt die Synthese in einer "Ein-Topf-Reaktion" auch in der Schule: Hierbei lässt man nahezu farblosen o-Nitro-benzaldehyd mit Aceton in Gegenwart von Natronlauge reagieren. Es bildet sich augenblicklich dunkelblauer Indigo.

Bild 6: Indigosynthese

Substituiert man zwei H-Atome durch Brom, so erhält man den berühmten Farbstoff der Purpurschnecke. Dies zeigt, wie leicht Farbeigenschaften bestimmter Moleküle beeinflussbar sind.

Weitere Synthesen aus kleineren Molekülen betreffen Berliner Blau (-> Versuch 8) und Anilinschwarz (-> Versuch 9). Diese werden in anderen Zusammenhängen besprochen.

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