Polyene und Polymethine

Polyene sind Chromophore, deren Farbigkeit auf der Absorption von sichtbarem Licht beruht, mit dessen Hilfe dann Elektronen zwischen Molekülorbitalen verschoben werden. Charakteristisch für die Polyen- und Polymethinfarbmittel ist eine Kette von konjugierten Doppelbindungen als chromogenes System, deren Doppelbindungen in der E-Konfiguration vorliegen:

Sie stellen die einfachste Form von organischen Farbmitteln dar. Die einzelnen Methingruppen können substituiert sein oder Teil einer carbo- oder heterozyklischen Ringsystems. In der Praxis können je nach der Art, in der das konjugierte System an den Enden abgesättigt ist, zwei Gruppen unterscheiden:

• Polyene, die Alkyl- oder andere, elektronisch inerte Gruppen tragen,
• Polymethine, die Elektronenakzeptoren resp. -donatoren tragen.

Bei den Polyenen ist das chromogene konjugierte System an beiden Enden mit Gruppen abgesättigt, die keinen Einfluß auf die elektronische Anregung des Moleküls aufweisen, wie zum Beispiel Alkylgruppen:

, R = -Alkyl

Ein Beispiel für Polyene sind die Carotene. Sie zeigen, daß zum Auftreten von Farbigkeit, also einer Absorption im Sichtbaren (450-480 nm), um die zwanzig bis zweiundzwanzig Methingruppen erforderlich sind (n=10 oder 11).

Bei den Polymethinen sind die Enden der chromogenen konjugierten Kette an einem Ende durch einen Elektronendonator, am anderen Ende durch einen Akzeptor abgesättigt:

, A z. Bsp. -N(CH₃)₂, D z. Bsp. -N⁺(CH₃)₂

Dieses chromogene System, beispielsweise mit Dimethylaminogruppen als Donator und Akzeptor, führt bereits ab fünf bis sieben Methingruppen zu einer intensiven Absorption im sichtbaren Bereich. Die resultierenden Verbindungen werden entsprechend Penta- oder Heptamethine genannt. (Als Methingruppen zählen dabei die Molekülteile -CH= oder -CR= oder die heteroanaloge Azagruppe -N=, nicht jedoch, wenn das Atom Bestandteil eines der (Hetero-)Zyklen ist, die zum Akzeptor oder Donator gehören!)

Je nach der Art von Akzeptor und Donator können verschiedene Arten von Polymethinen unterschieden werden, die in der folgenden Tabelle aufgeführt sind. Hierbei ist bei den Cyaninen von Bedeutung, ob der Stickstoff Teil eines Heterozyklus ist oder nicht.

Cyanine N ist Teil von Thiazol, Pyrrol, Pyrrolin, Indol, Pyridin, Chinolin, Pyrimidin, Benzimidazothiazol, -oxazol. Das konjugierte System setzt alpha-ständig zum Stickstoff an. Hemicyanine N kann auch durch O, S oder P ersetzt sein. Streptocyanine Oxonole

Die Apocyanine weisen ein extrem verkürztes konjugiertes System mit n=0 auf.

Ein Beispiel für ein Oxonol ist Murexid .

Abgeleitete wichtige Derivate

Aus den Streptocyaninen geht mit n=0 eine Verbindung hervor, die als Stammverbindung der wichtigen Farbmittelklasse der Triarylmethane betrachtet werden kann. Ersatz des zentralen Kohlenstoffatoms durch Stickstoff führt zu den Indaminen.

Natürliche Farbmittel des Polymethintyps mit n=2 findet man bei den Flavonen und Anthocyanen.