Absorption von UV-Licht

Hexatrien ist eine Verbindung mit sechs hintereinander liegenden sp2-hybridisierten C-Atomen, daher gibt es sechs pz-Orbitale, die überlappen können. Folglich existieren auch sechs verschiedene π-MOs, drei bindende und drei anti-bindende. Im Normalzustand (also im nicht-angeregten Grundzustand) sind die drei bindenden MOs mit den sechs π-Elektronen besetzt, während die drei anti-bindenden MOs leer sind.

In der Zeichnung sieht man drei Energiediagramme nebeneinander: Ein Energiediagramm für Hexatrien, also eine Verbindung mit 6 C-Atomen, dann ein Diagramm für 8 C-Atome und schließlich ein Diagramm mit 10 C-Atomen. Die Zahl der MOs steigt entsprechend von 6 auf 8 auf 10, dabei wird der Abstand zwischen den MOs immer geringer. Ein roter Pfeil symbolisiert einfallendes UV-Licht, welches ein Elektron des jeweiligen HOMOs anregt. Die dazu erforderliche Wellenlänge steigt von 260 nm auf 300 nm bzw. 340 nm.
Energiediagramm der MOs des Hexatriens sowie der beiden folgenden Polyene mit 8 und 10 C-Atomen.

Wurde für den HOMO -> LUMO-Übergang des Butadiens noch kurzwelliges UV-Licht der Wellenlänge 217 nm benötigt, so sind beim Hexatrien "nur" 260 nm Wellenlänge erforderlich. Der Abstand zwischen HOMO und LUMO ist beim Hexatrien etwas geringer als beim Butadien.

Und wie man auf Abbildung 1 gut erkennen kann, setzt sich diese Tendenz fort, je länger die Kette der C-Atome wird - konjugierte Doppelbindungen vorausgesetzt.

Bei 9 konjugierten Doppelbindungen (also 18 sp2-hybridisierten C-Atomen) wird zum ersten Mal sichtbares Licht absorbiert.

Erläuterung siehe folgenden Text
HOMO-LUMO-Abstand bei verschiedenen Polyenen mit bis zu 14 Doppelbindungen

Diese Graphik zeigt den gleichen Sachverhalt noch einmal aus einer etwas anderen Perspektive. Dargestellt sind die Strukturformeln einiger Polyene der Art H3C-(CH=CH)n-CH3, angefangen mit But-2-en (n = 1) über Hexa-2,4-dien und so weiter, wenn man R = CH3 setzt. Polyene mit 10 konjugierten C=C-Doppelbindungen absorbieren sichtbares Licht der Wellenlänge 432 nm, das ist violettes Licht. Die Komplementärfarbe ist gelb, daher erscheinen uns solche Polyene gelb. Wir haben mit n = 10 das erste farbige Polyen vor uns.

Exkurs: Carotinoide

Das Carotin-Molekül
Das ß-Carotin-Molekül

Das ß-Carotin-Molekül ist symmetrisch aufgebaut. Es besitzt 12 konjugierte Doppelbindungen und absorbiert blaues Licht. Daher erscheint ß-Carotin orangerot.

In der Natur kommen ca. 600 Farbstoffe mit ähnlicher Struktur vor, sie werden zur Gruppe der Carotinoide zusammengefasst.

Viele Früchte und Beeren enthalten Carotinoide, aber auch in den grünen Blättern sind sie enthalten. Bestimmte Carotinoide schützen die Pflanzen vor UV-Licht, in dem sie dieses absorbieren.

Einige Carotinoide werden vom menschlichen Körper zur Produktion des Sehfarbstoffs Retinal benötigt. Sie müssen mit der Nahrung als Vitamin A aufgenommen werden.