Nitrophenole und Farbigkeit

Versuch 1:
Eine geringe Menge 4-Nitrophenol (p-Nitrophenol) wird in einem Reagenzglas in Wasser gelöst. Zu der Lösung gibt man tropfenweise Natronlauge (5 %) und danach tropfenweise Salzsäure (5 %).

Versuch 2:
Eine stark verdünnte Lösung (1 %) von Pikrinsäure (2,4,5-Trinitrophenol) versetzt man wie in Versuch 1 zunächst tropfenweise mit Natronlauge und anschließend mit Salzsäure

Versuch 3:
In einige mL einer Pikrinsäurelösung (1 %) gibt man einen Baumwoll- und einen Wollfaden. Nach 5 Minuten wäscht man die beiden Fäden gründlich mit Wasser aus.

Sicherheitshinweise:
Die verwendeten Nitrophenole sind gesundheitsschädlich (Xn). Die Lösungen nicht mit der Haut in Berührung bringen!

Aufgaben:
1.	Notieren Sie alle Beobachtungen.
2.	Welche Reaktionen laufen bei den Versuchen 1 und 2 ab? Zeichnen Sie hierzu auch die vollständigen Strukturformeln.
3.	Wie lassen sich die Farbänderungen der Lösungen bei den Versuchen 1 und 2 erklären?
4.	Wie sind die Beobachtungen zum Versuch 3 zu erklären? Berücksichtigen Sie hierbei die Strukturen von Wolle bzw. Baumwolle.

Hinweise für den Lehrer:
4-Nitrophenol ist ein Farbstoff mit der Nitrogruppe als Chromophor und der Hydroxylgruppe als Auxochrom. Entsprechendes gilt für Pikrinsäure, die aber wegen der drei Nitrogruppen intensiver gelb erscheint.
Die saure Lösung von 4-Nitrophenol erscheint farblos. Das Absorptionsmaximum liegt im nicht sichtbaren Bereich (320 nm, pH = 1). Bei Zugabe von Natronlauge verschiebt sich das Absorptionsmaximum in den sichtbaren Bereich (410 nm, pH = 12) und die Lösung erscheint gelb. Es findet durch Abspalten eines Wasserstoffions aus der Hydroxylgruppe unter Bildung des Nitrophenolations eine Bathochromie (Umkehrung: Hypsochromie) statt, weil die auxochrome Wirkung verstärkt wird und damit das delokalisierte Elektronensystem ausgedehnter ist. Ähnliches geschieht bei der Pikrinsäurelösung.
Wolle wird dauerhafter und intensiver wegen der zusätzlichen funktionellen Gruppen in der Wolle (Amino-, Carboxylgruppen) und der damit verbundenen stärkeren Wechselwirkungen zum Farbstoff gefärbt.

Nitrophenole lassen sich leicht herstellen, indem man zu einer wässrigen Phenollösung tropfenweise Salpetersäure (50 %) gibt (Lehrerversuch!). Hierbei entstehen über eine elektrophile Substitution 2- bzw. 4-Nitrophenol bzw. höher substituierte Nitrophenole. Die zuvor farblose Lösung erscheint gelb, die bei Zugabe von Natronlauge intensiver gelb wird.