Без рубрики

Історія відкриття синтетичних барвників

14.12.2017
Історія відкриття синтетичних барвників

Історія відкриття синтетичних барвників

Автор роботи: Користувач приховав ім’я

Тип роботи: реферат

Основна часть.docx

  1. Історія відкриття синтетичних барвників [1]

Поштовхом до розвитку хімії барвників послужило відкриття Н.Н.Зініним в 1842 р реакції відновлення ароматичних нітросполук:

Вчений таким способом отримав анілін і деякі інші Амінопохідні ароматичних з’єднань, що надалі послужило основою створення нової галузі хімічної промисловості — анілінокрасочной.

У 1834 р Рунге виявив анілін в кам’яновугільної смоли, в тому ж році він відкрив фенол і дещо пізніше — перший барвник з кам’яновугільної смоли — розоловой кислоту (аурін, пеонін або червоний кораллина):

Перший синтетичний барвник був отриманий в 1855 р польським хіміком, професором Варшавського університету Я. Натансон, які працювали в той час в Росії. При нагріванні аніліну з дихлоретаном він отримав яскраво-червоний барвник, названий фуксином:

У 1856 р англійський хімік Н.Р. Перкін, намагаючись синтезувати хінін, виділив з темного осаду, що утворився при взаємодії аніліну з дихроматом калію, пурпурову фарбу (мовеин):

Величезна заслуга Перкина в тому, що він оцінив практичне значення свого відкриття і вже через рік почав промислове виробництво мовеина, а також нитробензола і аніліну, необхідних для його виробництва. Рік 1856 вважається датою виникнення промисловості барвників синтетичних, названої анилинокрасочной. У 1858 П. Грісс відкрив реакцію діазотування, а в 1864 — азосочетанія, що призвело до синтезу азокрасітелсй. У 1869 К. Гребе і К. Ліберман здійснили синтез алізарину, з якого почалося проізводствово фарбників антрахінону:

Потім послідували синтези еозину і інших фталеінових барвників Байєром і Каро і розшифровка будови барвників антраценового ряду Е. Фішером і О. Фішером.

  1. Сучасна класифікація синтетичних барвників та їх властивості

У хімічній класифікації барвники об’єднують в групи головним чином за подібністю хімічної будови або методів отримання.

Органічні барвники побудовані дуже складно, і основою об’єднання їх в групи за подібністю хімічної будови служить подібність хромофорной системи. Наприклад, барвники, що містять нитрозогруппу, об’єднані в групу нитрозокрасителей, а містять азогруппу — в групу азобарвників. Деякі барвники об’єднані в групу за способом отримання, наприклад сірчисті барвники. У багатьох випадках барвники з однаковими Хромофорную системами отримують однаковими способами. Наприклад, всі азокрасители отримують шляхом діазотування ароматичних амінів і поєднання продуктів діазотування з фенолами або амінами. Все нітрозобарвники отримують нитрозированием фенолів або нафтолов.

Хімічна класифікація полегшує вивчення властивостей барвників і способів їх отримання. За хімічною класифікацією органічні барвники поділяють на такі групи:

1. Нітрокрасителі. У цих кристалах є електроноакцепторні заступники нітрогрупи -. Представник цієї групи — барвник нафтоловий жовтий (динатрієва сіль 2,4-динітрилу о-1-нафтол-7-сульфокислоти).

2. нітрозобарвники. Вони містять нітрозогрупи — NO. Представники цієї групи — похідні 1-нитрозо-2-нафтол

3. азобарвники. В їх Хромофорную систему входить азогрупп -N ═ N-. Представники цієї групи — кислотний синій 2К і конго червоний:

4. Арілметановие барвники. Їх основу складають молекули діаріл- або тріарілметана (I і II) або фенілксантена (III). Хромофорную систему утворює система зв’язаних зв’язків з електроноакцепторними і електронодонорними заступниками (X ═ O, NH):

  1. Представники цієї групи — кислотний яскраво-блакитний З (I) і флюоресцина (II):

5. Хіноніміновие барвники. У їх молекулі є хіноніміновие групи

Представник цієї групи — барвник прямий яскраво-блакитний светопрочний

6. Сірчисті барвники. Вони об’єднані за способом отримання осернением ароматичних аміно- і нітросполук. Хімічна будова більшості сірчистих барвників встановлено. Представники цієї групи — сірчистий чорний, отримуваний осернением 2,4-динитрофенола, і сірчистий коричневий Ж, отримуваний осернением 2,4-динитротолуола.

7. фарбники антрахінону. Є похідними антрахінону

Представники цієї групи — алізарин (I) і кислотний зелений антрахінонових (II):

8. Кубові поліціклокетоновие барвники. Молекули їх містять кілька конденсованих ароматичних кілець і не менше двох карбонільних груп, атоми вуглецю зазвичай також належать ароматичним ядрам. Представник цієї групи — кубовий синій O:

9. Індигоїдних барвники. В основі будови цих барвників лежить структура молекули індиго (I) або тиоиндиго (II):

10. Фталоціановие барвники. Є похідними фталоцианина

У текстильній промисловості зазвичай використовуються барвники восьми основних класів. Перші п’ять класів барвників (прямі, сірчисті, азоідние, реактивні і кубові) використовуються в основному для фарбування целюлозних волокон, наприклад бавовняних і віскозних. Останні три класи барвників (кислотні, основні та дисперсні) застосовуються для фарбування інших натуральних і синтетичних волокон.

  1. Прямі барвники. Ці аніонні водорозчинні барвники називаються так тому, що мають високу спорідненість до целюлозним волокнам і можуть застосовуватися без допоміжних хімічних засобів. Однак на практиці швидкість фарбування і інтенсивність забарвлення можуть бути збільшені добавками неорганічних солей, наприклад хлориду або сульфату натрію. Прямі барвники широко використовуються для фарбування бавовняних і віскозних тканин. Їх найбільше гідність — простота застосування, а недолік в тому, що в ряді випадків вони нестійкі до мокрих обробок. Стійкість прямих барвників до мокрих обробок підвищують введенням закріплювачів і за допомогою різних технологічних прийомів.
  2. Сірчисті барвники. Сірчисті барвники. це органічні сполуки, одержувані нагріванням сполук з групи амінів або фенолів в присутності сірки. Сірчисті барвники існують у формі пігментів, що не володіють спорідненістю до целюлози. В процесі обробки сірчистими барвниками використовуються хімічні реакції відновлення і окислення. Шляхом відновлення сірчисті барвники переводяться в водорастворимую форму, що володіє спорідненістю до целюлози. Після їх поглинання волокнами сірчисті барвники треба окислити для зворотного перетворення в пігментну форму. Найбільше гідність сірчистих барвників — низька вартість. До недоліків відносяться невисока яскравість і, в деяких застосуваннях, низька стійкість до мокрих обробок і впливу світла.
  3. Азоідние барвники. Ці барвники синтезуються всередині волокон в ході реакції двох компонентів, жоден з яких не є барвником. Оскільки один з компонентів — нафтол, азоідние барвники іноді називають нафтоловий. Речовина, що утворюється при азоідном фарбуванні, є пігментом. Однак азогени класифікуються як барвники, тому що окремі їх компоненти діють як такі перед тим, як вони відреагують всередині волокна з утворенням пігменту. Важливе значення азоідних барвників полягає в тому, що вони забезпечують дешевий спосіб отримання відтінків деяких квітів, особливо червоного. Їх недолік — не завжди достатня стійкість до тертя.
  4. Реактивні барвники. Реактивні барвники, іноді звані активними або волоконно-реактивними, розроблені в 1950-х роках. Реактивні барвники утворюють хімічну сполуку з волокном і стають його частиною. Оскільки зв’язок між барвником і волокном міцна, реактивні барвники дуже стійкі до мокрих обробок, що є їх основною перевагою. Реактивні барвники, як правило, дорожче прямих, сірчистих і азоідних. Стійкість реактивних барвників до впливу хлору та інших відбілювачів іноді буває невисокою.
  5. Кубові барвники. Ці барвники схожі на сірчисті в тому відношенні, що вони є пігментами, тобто в процесі обробки спочатку повинні бути відновлені, а потім окислені. На цьому, однак, їх схожість закінчується. Кубові барвники володіють, як правило, дуже високою стійкістю до мокрих обробок і впливу світла; виняток становить індиго. Великий недолік кубових барвників — висока вартість.
  6. Кислотні барвники. Кислотні барвники називаються так тому, що містять у своїй структурі кислотні групи. Кислотні групи барвника реагують з основними групами білкових (шерсть і шовк) і поліамідних (найлон) волокон з утворенням зв’язків між барвником і волокном через органічні сольові групи. Ці зв’язки міцні і додають забарвленню високу стійкість до мокрих обробок.
  7. Основні барвники. Ці барвники іноді називають катіонними, тому що молекула барвника містить позитивний заряд. Основні групи барвника реагують з кислотними групами акрилових, поліефірних і поліамідних волокон, піддаються фарбуванню катіонними барвниками, а також білкових волокон. При цьому між барвником і волокнами утворюються зв’язку приблизно таким же шляхом, як в реакціях між кислотними барвниками і волокнами (див. Вище). Недолік основних барвників — низька стійкість забарвлення до світла, особливо для білкових волокон.
  8. Дисперсні барвники. Дисперсні барвники використовуються в основному для фарбування поліефірних, поліамідних і ацетілцеллюлозние волокон, хоча вони можуть фарбувати і інші волокна. Дисперсні барвники майже нерозчинні у воді і повинні бути дисперговані в ній для освіти фарбувальної ванни. Ці барвники були розроблені в 1920-х роках спеціально для фарбування ацетілцеллюлозние волокон. Дисперсні барвники — єдиний вид барвників, придатних для фарбування ацетатних і немодифікованих поліефірних волокон.

У цій роботі розглянемо основні способи синтезу одного з найпоширеніших кубових барвників — індиго [3].

Індиго — один з найдавніших барвників, який отримували з рослинної сировини — тропічної рослини Indigofera, листя якого містять безбарвний глікозид индикан. Під дією ферментів або слабких кислот глікозид розщеплюється на глюкозу і агликон індоксіл, також безбарвний, але на повітрі він відразу окислюється і перетворюється в індиготин, називемий синім індиго.

У 1883 році німецький хімік-органік Йоганн Фрідріх Вільгельм Адольф фон Байєр здійснив синтез індиго з дінітрофенілдіацетілена і запропонував його структурну формулу; ці роботи Байєра зробили можливим промислове виробництво синтетичного індиго. Але це не єдина його заслуга, в 1869 році (спільно з німецьким хіміком А. Еммерлінг) Адольф фон Байєр синтезував індол сплавом o-нітрокорічной кислоти з гідроксидом калію, потім його похідні, в тому числі ізатин. І в 1905 році він став володарем Нобелівської премії за заслуги в розвитку органічної хімії та хімічної промисловості завдяки роботам по органічних фарбників і гідроароматичних з’єднанням.

Синтез індиго за допомогою конденсації нітробензальдегіда з ацетоном:

  1. Основним промисловим методом синтезу індиго є синтез циклизацией N-фенілгліціна за типом конденсації Клайзена з утворенням індоксілата, який під дією кисню повітря окислюється до індиго. У 750 мл круглодонную колбу зі зворотним холодильником поміщають 14 г антраниловой кислоти, 10 г монохлоруксусной кислоти, 20 г безводного карбонату натрію і 200 мл води. Суміш нагрівають зі зворотним холодильником протягом 3-х годин, потім переливають в мензурку, охолоджують додають трохи концентрованої соляної кислоти і залишають на ніч. Неочищену фенілгліцін-о-карбонову кислоту вифільтровивают і промивають водою. Продукт очищають перекристалізацією з гарячої води, в яку додано деяку кількість активованого вугілля для видалення забарвлених домішок, після чого сушать при 100 ºС. Отримана фенілгліцін-о-карбонова кислота має температуру плавлення 208 ° С.

В нікелевий тигель (не реагує з розплавленої лугом) поміщають суміш 10 г фенілгліцін-о-карбонової кислоти, 30 г гідроксиду натрію і 10 мл води. Суміш нагрівають до 200-210 ° С, добре перемішуючи її термометром, захищеним мідним наконечником. Реакційна маса розплавляється і поступово приймає помаранчеве забарвлення. Коли суміш стане помаранчевої, тиглю дають охолонути і розчиняють сплав в 200 мл води. При струшуванні розчину і доступі повітря продукт реакції окислюється, перетворюючись в індиго. Перетворення в індиго може бути прискорене додаванням соляної кислоти з наступним окисленням розчину хлоридом заліза. Окислення ведуть до тих пір, поки з розчину не перестане випадати осад індиго. Отриманий індиго відсмоктують на воронці Бюхнера, промивають водою і висушують.

Фільтрований розчин Индокс можна окисляти продуванням повітря через розчин. Продування ведуть до тих пір, поки крапля водної суспензії виділяється індиго при приміщенні між двома листами фільтрувального паперу не залишатиме чітке пляма твердого індиго, а рідина навколо нього при дії повітря більше не буде синіти.

  1. Отримання індиго окисленням Индокс:

Зараз природні барвники повністю витіснені синтетичними. Перевага синтетичних барвників — дешевизна, зручність в зверненні, різноманітність відтінків, можливість створювати широкий асортимент барвників з потрібними властивостями. Останнє особливо важливо, тому що число матеріалів, які забарвлюють органічними барвниками, безперервно зростає. Якщо раніше єдиним споживачем органічних барвників була текстильна промисловість, де фарбували майже виключно бавовняні, вовняні і бавовняні волокна, то сьогодні органічні барвники застосовують для фарбування багатьох видів синтетичних волокон, пластичних мас, гуми, паперу, картону, дерева, шкіри, хутра та інших матеріалів . Синтетичні органічні барвники широко застосовують у поліграфічній, лакофарбовій, харчовій, фотокінопромишленності, а також медицині та інших галузях промисловості.

Області застосування природних барвників все більше і більше звужувалися, і в наші дні вони обмежені лише спеціальними областями, наприклад, фарбування деяких продуктів харчування.

Джерело: Історія відкриття синтетичних барвників

Також ви можете прочитати