Органические красители

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

анилин пигмент краситель

Введение

1. Историческая справка

2. Классификация красителей, получаемых из анилина

3. Важные представители анилиновых красителей

3.1 Анилиновый черный. Пигмент глубоко-черный

3.2 Бриллиантовый зеленый

3.3 Метиленовый синий

3.4 Фуксин

4. Применение

Заключение

Список использованных источников и литературы

Введение

Области применения органических красителей очень многочисленны и разнообразны. Их применяют для окрашивания пряжи и ткани самого различного вида: льняных, шерстяных, хлопчатобумажных, шелковых, из искусственных и синтетических волокон. Органическими красителями окрашивают кожу, мех, дерево, бумагу, различные виды пластмасс, резину, пищевые продукты и т.д. Они используются для получения лакокрасочных материалов, художественных красок, цветных карандашей, типографских красок и чернил. Для окрашивания разных материалов нужны различные по свойствам органические красители. В настоящее время известно около 10.000 видов синтетических красителей, и число их непрерывно растет. Каждый год появляется большое число новых все более прочных, ярких и удобных в применении красителей, которые заменяют устаревшие. Отрасль химической промышленности, производящая органические красители и промежуточные продукты, необходимые для их производства, называется анилинокрасочной промышленностью. Название это сложилось исторически, так как первые синтетические красители были получены из анилина.

Анилиновые красители - это органические соединения, образующиеся при окислении анилина или его солей, обладают бактерицидным, а некоторые - канцерогенным Канцероген -- химические вещества, физическое излучение или онкогенные вирусы, воздействие которых на организм человека или животного повышает вероятность возникновения злокачественных новообразований (опухолей). действием.

Актуальность моей темы обусловлена тем, что изучение истории, строения и свойств известных анилиновых и других красителей способствует образованию новых тенденций в анилинокрасочной промышленности, медицине и других сферах деятельности человека, где красители занимают не последнее место.

Таким образом, целью моей курсовой работы является подробное изучение такого понятия в органической химии как анилиновые красители. Вследствие чего передо мной возникают такие задачи:

Изучить историю возникновения анилиновых красителей;

Рассмотреть одну из классификаций анилиновых красителей и их производных;

Проанализировать строение, химические и физические свойства некоторых важнейших представителей анилиновых красителей;

Ознакомиться с применением красителей в различных сферах деятельности человека.

1. Историческая справка

Открытие Зининым реакции получения анилина из нитробензола явилось основой развития анилинокрасочной промышленности. Более 60 лет анилин использовался практически полностью для нужд анилинокрасочной промышленности. Синтетические красители даже получили общее название - анилиновых.

Анилин (фениламин) -- органическое соединение с формулой C₆H₅NH₂, простейший ароматический амин. Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом, немного тяжелее воды и плохо в ней растворим, хорошо растворяется в органических растворителях. На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит. Название «анилин» происходит от названия одного из растений, содержащих индиго -- Indigofera anil. Оказалось, что на его основе можно получать органические соединения, обладающие яркой и разнообразной окраской, и пригодные для окрашивания.

В конце XIX века, следуя запросам промышленности, стремительно развивалась органическая химия, были созданы анилиновый черный, голубой, желтый, оранжевый и другие красители. Анилинокрасочная промышленность позволила отказаться от дефицитного и дорогого природного сырья (индиго, марена, кошениль, пурпур).

В настоящее время в международном справочнике «Color Index» содержится 163 красителя, получаемых из анилина, и еще больше - из производных анилина. В последние годы для нужд промышленности синтетических красителей используется ~3% производимого анилина.[1]

Мировое производство синтетических красителей в настоящее время составляет порядка 1 млн. тонн в год.

2. Классификация красителей, получаемых из анилина

Красители, получаемые с использованием анилина, можно условно разделить на три группы:

красители, получаемые из анилина

красители, в состав которых, кроме анилина, входят другие соединения

красители на основе промежуточных продуктов, полученных из анилина.

Красители, получаемые из анилина

Рисунок 1. Красители, получаемые из анилина

Полидиазиновые красители - анилиновый черный и пигмент глубоко-черный.

Индулины - красители синего цвета, которые получают взаимодействием n-аминоазобензола с анилином и его гидрохлоридом при 150-200 °С. В зависимости от условий получаются красители различных оттенков: от красновато-синего до зеленовато-синего.

Нигрозины (красители черного цвета) получают нагреванием анилина, гидрохлорида анилина и нитробензола с чугунной стружкой при 170-180 °С. Химизм такого получения сложен и до конца не изучен. [2]

Красители, получаемые на основе анилина и других соединений

Это красители, в состав которых, кроме анилина, входят и другие полупродукты, часто имеющие достаточно сложное строение. Ниже показано, к каким техническим классам относятся подобные красители.

Рисунок 2. Органические красители на основе анилина и других полупродуктов

Красители на основе промежуточных продуктов, полученных из анилина

На рисунке 3. представлены промежуточные продукты, которые получаются на основе анилина и используются в дальнейшем для синтеза красителей. [3]

Рисунок 3. Промежуточные продукты на основе анилина

3. Важные представители анилиновых красителей

3.1 Анилиновый черный. Пигмент глубоко-черный

Описание

Анилиновый черный - сложный диазиновый краситель, получаемый окислением анилина непосредственно на волокне. Этот популярный краситель хиноидного строения имеет брутто-формулу C₄₃H₃₄N₈ и молярную массу 662 г/моль.

Пигмент глубоко черный - краситель тот же по сути, но уже используемый в виде пигмента. Открыт в 1860-м году и, предположительно, является старейшим из известных синтетических пигментов. Данный пигмент характеризуется высокой окрашивающей способностью и слабо рассеивает свет, но ограничивается в использовании в случаях, когда строги требования к физиологической безопасности. [1]

Получение

Окислительное крашение, то есть получение анилинового черного, заключается во взаимодействии анилина в кислой среде с бихроматом или хлоратом натрия. Обычно в присутствии катализаторов: соединений меди, железа, ванадия или других.

Окисление чрезвычайно облегчается добавкой п-фенилендиамина, который легко окисляется в соответствующий хинондиимин, восстанавливающийся обратно в диамин за счет энергичного окисления анилина.

Образование анилинового черного (пигмента глубоко-черного) проходит через ряд стадий: образование индамина из двух молекул анилина, дальнейшее «удвоение» в четырехъядерный индамин и соединение двух молекул последнего в восьмиядерный индамин с одним хиноидным ядром (фиолетовый протоэмеральдин).

Окислением еще одного ядра в хиноидное получается синий эмеральдин, окислением третьего ядра -- темно-синий нигранилин, четвертого - зеленеющий черный пернигранилин.

Последний этап -- присоединение трех молекул анилина с образованием не зеленеющего красителя, в молекуле которого имеется три остатка N-фенилфеназония.

В зависимости от условий проведения процесса могут получиться и продукты дальнейшего окисления, в которых последнее ядро имеет хиноидное строение, причем место концевой иминогруппы может занять атом кислорода. Все стадии изменения окраски хорошо прослеживаются в ходе окисления.

Рисунок 4. Схема химических превращений в ходе образования анилинового черного (пигмента глубоко-черного)

3.2 Бриллиантовый зеленый

Описание и свойства

Бриллиантовый зеленый (тетраэтил-4,4-диаминотрифенилметана оксалат) -- синтетический анилиновый краситель трифенилметанового ряда. Впервые был получен в 1879 году в Германии.

Брутто-формула - C??H??N?O?S. Молярная масса - 475,6 г/моль.

Зеленовато-золотистые комочки или золотисто-зеленый порошок. Трудно растворим в воде (1:50) и этаноле, растворим в хлороформе. Растворы в воде и этаноле имеют интенсивный зеленый цвет.

При прибавлении к 0,2 % раствору бриллиантового зеленого концентрированной соляной кислоты появляется оранжевое окрашивание, а при добавлении раствора NaOH выпадает бледно-зеленый осадок основания (эти реакции используются для установления подлинности). Несовместим с дезинфицирующими лекарственными средствами, содержащими активный иод, хлор, щелочи (в том числе раствор аммиака). [4]

Получение

Бриллиантовый зеленый получают только синтетическим путем. Синтез сводится к конденсации диэтиланилина с бензальдегидом; образующийся при этом 4,4'-бис-диэтиламинотрифенилметан окисляют оксидом свинца(IV) или марганца(VII); полученное таким образом карбинольное основание при взаимодействии со щавелевой кислотой образует бриллиантовый зеленый. [1]

Рисунок 5. Схема химических превращений в ходе образования бриллиантового зеленого

3.3 Метиленовый синий

Описание и свойства

Метиленовый синий (N,N,N',N'-тетраметилтионина хлорид тригидрат, 3,7-бисдиметиламинофенотиоцианит хлорид, метиловая синь, метиленовый голубой). Представляют собой темно зеленые кристаллы с бронзовым блеском. Впервые был синтезирован Генрихом Каро в 1876 году.

Брутто-формула - C₁₆H₁₈CIN₃S или в виде кристаллогидрата C₁₆H₁₈CIN₃S·H₂O. Молекулярная масса 319,86 г/моль.

Мало растворим в воде, этаноле, практически не растворим в диэтиловом эфире и хлороформе.

Получение

Исходным соединением является 4-амино-N,N-диметиланилин, который готовят нитронизированием N,N-диметиланилина с последующим восстановлением нитрозосоединения. При добавлении бихромата и тиосульфата натрия к раствору сульфата 4-амино-N,N-диметиланилина (1) соединение окисляется в хинондиимин (2), который, присоединяя -SSO₃H, превращается в 2-амино-5-диметиламинофенилтиосульфат (3). При добавлении новых порций N,N-диметиланилина и Na₂Cr₂O₇ происходит совместное окисление смеси аминов и образуется хинониминовый краситель (4) - производное Зеленого Биндшедлера. При быстром нагревании реакционной смеси до кипения замыкается тиазиновый цикл и образовавшееся лейкосоединение (5) окисляется в краситель (6), который осаждают соляной кислотой. [5]

Рисунок 6. Схема химических превращений в ходе образования метиленового синего

3.3 Фуксин

Описание и свойства

Фуксин (солянокислый розанилин) - зеленые кристаллы с металлическим блеском, водные растворы пурпурно-красного цвета. Краситель трифенилметанового ряда, на свету малостоек. Один из первых синтетических красителей (получен в 1856 Я. Натансоном). Назван фуксином из-за сходства цвета с окраской цветов фуксии.

Брутто-формула C₂₀H₂₀N₃Cl и молярная масса 337,5 г/моль.

Плохо растворим в воде, хорошо -- в спирте. Ядовит, канцероген.

Получение

Смесь равных частей анилина, n-толуидина и о-толуидина (эта смесь носит название «анилин для красного») окисляют нитробензолом. [6]

Рисунок 7. Получение фуксина

4. Применение

В качестве красителя

Анилиновый черный замечателен очень глубоким, сочным черным цветом, на фоне которого особенно ярко выглядят расцветки другими красителями. Ни один из черных красителей других классов не может сравниться с ним в этом отношении. Окраски отличаются высокой устойчивостью к свету и стирке, но недостаточно устойчивы к глажению; кроме того, в процессе окислительного крашения происходит ослабление волокна. Процесс крашения весьма неприятен из-за высокой токсичности анилина. Широко применяется в крашении хлопчатобумажной ткани и в ситцепечатании, а также для окраски мехов; несколько меньшее применение он имеет в крашении шелка и полушелка.

Бриллиантовый зеленый используется как краситель для хлопка и шелка, бумаги, древесины (окраски малоустойчивы к действию света и мокрым обработкам).

Метиленовый синий применяют для окраски хлопка, шерсти, шелка в ярко-голубой цвет, однако окраска слабоустойчива на свету.

В современной текстильной промышленности фуксин не применяют из-за малой светопрочности. Некоторые производные фуксина, например основной фиолетовый, используют при изготовлении карандашей, чернил, копировальной бумаги, паст для шариковых ручек[4].

В медицине

На территории бывшего СССР раствор бриллиантового зеленого используется в качестве антисептического лекарственного средства (в США и Европейском союзе в качестве антисептика разрешен, но не применяется).

Метиленовый синий используется в качестве антисептика, антидота при отравлении цианидами, угарным газом и сероводородом. Имеются сообщения о высокой эффективности этого соединения при лечении болезни Альцгеймера.

Основной фуксин является противогрибковым веществом, используется также для уничтожения других болезнетворных микроорганизмов[5].

Остальные области применения

В бактериологии бриллиантовый зеленый используется для окрашивания клеточных сред. Также используется для приготовления агаровой питательной среды, предназначенной для пересева культур и идентификации бактерий. Еще применяется в сельском хозяйстве и аналитической химии.

Метиленовый синий в аналитической химии применяется для определения хлоратов, перхлоратов, катионов ртути, олова, магния, кальция, кобальта, кадмия. В аквариумистике применяется довольно часто во время инкубирования икры в качестве антисептика. В водоочистке применяется при тестировании активированных углей.

Фуксин в водном растворе присоединяет диоксид серы, образуя бесцветную фуксинсернистую кислоту (реактив Шиффа), которая при взаимодействии с альдегидами образует пурпурно-фиолетовый краситель. Реакция используется для качественного обнаружения альдегидов[6].

Заключение

Большую роль в синтезе органических красителей играет анилин и его производные - анилиновые красители.

Сейчас естественные красители полностью вытеснены синтетическими. Преимущество синтетических красителей - дешевизна, удобство в обращении, разнообразие оттенков, возможность создавать широкий ассортимент красителей с нужными свойствами. Раньше единственным потребителем органических красителей была текстильная промышленность. Сегодня органические красители применяют для крашения многих видов синтетических волокон и различных материалов. Также их широко применяют в полиграфической, лакокрасочной, пищевой промышленности, в медицине и других отраслях.

Примерно за 150 лет были изучены свойства красителей, отработаны различные способы их получения, предложены интересные теории, объясняющие способность красителя нести и передавать свою неповторимую окраску.

На тему синтетических красителей, в том числе и анилиновых, сегодня имеется масса научной литературы, где можно найти все: от истории развития до поставленных методик получения, причем объем той литературы постоянно пополняется.

Масса предприятий занимается выпуском красителей и крашением текстильных и других материалов, создавая столь необходимые на сегодняшний день рабочие места для наших современников и для нас.

Список использованных источников и литературы

1. Степанов Б.И. «Введение в химию и технологию органических красителей», изд. 3-е, перераб. и доп., М., «Химия», 1984.

2. Новый справочник химика и технолога. Общие сведения. Строение вещества и т.д. / Е.Е. Бибик [и др.] - СПб.: НПО «Профессионал», 2006. - 1464 с., ил.

3. Технология органических красителей и промежуточных продуктов. / М.А. Чекалин [и др.], Учебное пособие для техникумов. - 3-е изд. перераб. - СПб.: Химия, 2013. - 472 c.

4. Андросов В.Ф., Петрова И.Н. Синтетические красители в легкой промышленности. Справочник; Легкая промышленность и бытовое обслуживание - Москва, 1989. - 368 c.

5. ХиМиК.ру [электронный ресурс]: информационный сайт о химии. - Режим доступа к сайту: http://www.xumuk.ru/.

6. Гроссе Э. Химия для любознательных / Гроссе Э., Вайсмантель X. - 2-е русское изд. - Л.: Химия, 1985 - Лейпциг, 1974.

Размещено на Allbest.ru