Красители
Природные красители,органические
соединения,которые вырабатываются
живыми организмами и окрашивают животные и растительные клетки и ткани.В
основном соединения желтых, коричневых , черных и красных цветов разных
оттенков, очень мало синих и фиолетовых, зеленые, как правило, отсутствуют.
До 2-ой половины 19в.
природные красители-единственные в-ва для крашения текстильных и парфюмерных
изделий, кожи,бумаги,пищевых продуктов и др. С развитием промышленности
органического синтеза, особенно анилокрасочной пром-ти,природные красители не
выдержали конкуренции с красителями синтетическими и в основном утратили былое
практическое значение. В небольших
количествах природные красители используют в реставрационных работах. Их
применяют также в пищевой и парфюмерной промышленностях, при исследованиях
методами оптической и электронной микроскопии в цитологии и гистохимии, в
аналитической химии. Многие природные красители обладают значительной
физиологической и антибиотической активностью, вследствие чего их часто
используют как лекарственные средства. Некоторые природные красители -
регуляторы роста растений, а также сигнальные вещества, привлекающие
насекомых-опылителей и отпугивающие вредителей.
Природные красители
широко распространены в природе и крайне многообразны. Часто в различных
природных источниках встречаются одни и те же или близкие по строению природные
красители, поэтому наиболее целесообразно классифицировать их по типам
химических соединений.
Алифатические
и алициклические красители.Включают каратиноиды, обусловливающие
желтую,оранжевую и красную окраски цветов и плодов. С удлинением цепи
сопряженных двойных связей окраска углубляется. Среди природных красителей
этого ряда - углеводороды , например, ликопин (красный),алюфа-,бетта-,гамма -
каротины(фиолетовый);спирты, например, криптоксантин и ксантофил (желтый),
зеаксантин (желтовато-красный); кетоны, например, родоксантин (синевато-черный)
и астицин (фиолетовый); кето-спирты, например, кантаксантин и астаксантин
(красный);альдегиды,альдегидоспирты и др..
Встречаются каротиноиды
в растительном и животном мире. Многие из них, например, каротин, обладают
высокой физиологической активностью, ретиналь (альдегид,образующийся из
витамина А) входит в состав зрительного белка родопсина. К полиенам относится
ряд антибиотиков (канацидин, пентамицин, трихомицин и др.), продуцируемых
актиномицетами.
Ароматические красители. В основном это
гидрокси- и алкокси- замещенные непредельные кетоны: 1)производные коричной и
феруловой кислот - 4,4- дигидроксидициннамоилметан (желтый), 4- гидроксициннамоилферулоилметан
(оранжевый) и диферулоилметан,или куркумин (оранжево-красный), встречающиеся в
корнях куркумы и др. ; 2) производные халкона
С6Н5СН=СНСОС6Н5 и хинонов, например, лавсон и юглон, выделенные
соответственно из листьев хны и из кожуры незрелых грецких орехов, - желтые
красители для шерсти и щелка; хризаробин - желтый краситель бразильских видов
древесины, эмодинантрон - желтый краситель древесины жостера даурского;
гиперицин и псевдогиперицин - темно-фиолетовый и темно-красный красители цветов
зверобоя продырявленного, обладающие способностью убивать микроорганизмы и
простейшие даже при слабом УФ облучении.
Многие природные
красители обладают физиологической активностью, витамины группы К
-противовоспалительным действием. К частично гидрированным ароматичным природным
красителям относятся антибиотики группы тетрациклина и хромомицина, окрашенные
в желтый цвет. Некоторые из красителей этого ряда все еще применяют для крашения;
например, в реставрационных рабо
тах используют ализарин -
основное красящее вещество краппа, или марены красильной, содержащее также
пурпурин - красный краситель, который применяют в гистохимии для выявления Са в
замороженных средах, а также как реактив в аналитической химии: картамин - желтый
краситель пыльцы цветов сафлора красильного; кармин, выделяемый из кошенили (самок насекомых кактусовая
ложнощитовка); и применяемый в пищевой и парфюмерной промышленностях. Действующее
начало кармина - карминовая кислота; ее применяют в цитологии.
Гетероциклические красители.
Наиболее широко
представлены желтые природные красители- гидрокси-, метокси - и
метилендигидроксипроизводные 4-хромона и хромена. К ним относятся флавоноиды -
производные флавона, флавонола, флаванона и флаванонола, изофлавона, а также
антоцианидины, окрашивающие цветы, ягоды, плоды и овощи в красный, фиолетовый,
синий и черный цвета.
К этой группе природных
красителей относятся также телефоровая кислота- черно-фиолетовый краситель
множества видов грибов, бразилин и гематоксилин, выделенные из древесины
различных видов красного дерева и кампешевого дерева. Эти бесцветные вещества
при крашении хлопка по аллюминиевой протраве дают синевато-красные и фиолетовые
окраски. Гематоксилин (на его основе созданы красящие растворы специфического
действия) применяют также для цитологической диагностики рака.
Азотсодержащие гетероциклы.
Наиболее древние
природные красители - индиго и пурпур античный. Производные поррола включают
три важные группы красителей:
1. Красный пигмент
эритроцитов крови гемоглобин - железосодержащий комплекс протопорфирина и белка
глобина.
2. Пигменты зеленых
частей растений, содержащиеся в хлоропластах наряду с каротиноидами (в
соотношении 3:1), сине-зеленый хлорофилл а и желто-зеленый хлорофилл б, играющие
важную роль в процессах фотосинтеза.
3. Желчные пигменты.
Производные птеридина -
широко распространенные пигменты, содержащиеся в крыльях бабочек и птиц.
Красители синтетические,органические
соединения,используемые для крашения
различных (преимущественно
волокнистых) материалов и изделий. Представляют
собой главным образом окрашенные соединения., некоторые бесцветные соединения,
например, отбеливатели оптические, а также соединения, из которых красители
образуются после нанесения на окрашиваемый материал. Цвет красителя обусловлен
наличием в его молекуле хромофорной ссистемы - достаточно развитой открытой или
замкнутой системы сопряженных кратных связей и связанных с ней
электронодонорных и (или)
электроноакцепторных заместителей. Кроме того, в молекулах красителей могут
содержаться заместители, придающие им различные свойства, например: способность
растворяться в водных или неводных средах; образовывать внутрикомплексные
соединения с металлами; химически связываться с окрашиваемым материалом.
Синтетические красители
должны образовывать окраски, устойчивые к различным физико-химическим
воздействиям в процессах последовательной переработки окрашенных материалов и
при их эксплуатации, например, к обработке горячей водой и насыщение паром, к
действию активного хлора, высоких температур ( в расплавах полимеров), света,
морской воды, к погодным условиям, стирке, глажению, трению в сухом и мокром состояниях.
Эти свойства оцениваются по пятибалльной шкале, только прочность к свету - по
восьмибалльной. Набор требований, предъявляемых к красителю, определяется назначением
и способом производства окрашенного материала. Помимо устойчивости к различным
воздействиям,синтетические красители характеризуют также по ровноте окрасок,
чистоте их оттенка.
В течение многих веков
для крашения тканей, изготовления косметических препаратов, а позднее и
художественных красок применяли красители природные - ализарин, индиго, кармин
и др. (всего около 30). В 1771г. действием НNO3 на индиго получен первый
синтетический краситель - пикриновая кислота; в 1843г ее получили из
более доступного сырья - фенола, что позволило в 1849г. начать производство
кислоты для крашения шелка.Возникновение промышленности синтетических
красителей стало возможным лишь после открытия Н.Н.Зининым (1842г.)
универсального метода получения анилина и др. ароматических аминов.В 1855г.
Я.Натансон получил из анилина красный синтетический краситель, вторично
открытый в 1859г. Э.Вергеном и названный фуксином (цвет фуксии).В 1856г.
У.Перкин-старший синтезировал розовато-лиловый
мовеин (цвет мальвы).Год 1856 считается датой возникновения
промышленности синтетических красителей, названной анилинокрасочной.
В 1858г. П.Грисс открыл
реакцию диазотирования, а в 1864 - азосочетания, что привело к синтезу
азокрасителей. В 1880г. А.Байер синтезировал индиго, промышленное производство
которого началось в 1896г., после чего последовал синтез др. индигоидных синтетических
красителей. В 1873г. открыты сернистые синтетические красители, а с 1893г. организовано
их промышленное получение.В 19о1г. получен первый синтетический кубовый
краситель индантрон, в 1903г. налажено производство полиметиновых синтетических
красителей, в 1936г. - фталоцианиновых. К началу 20 в. синтетические красители
вытеснили природные красители.Крупнейшие достижения после 2-й мировой войны
выпуск активных и дисперсных
синтетических соединений. Общее число известных синтетических красителей
составляет свыше 6500, а производимых в мире около 1500.
До 1914г. монополистом в
области производства синтетических красителей была Германия, на долю которой
(вместе с филиалами ее фирм за рубежом) приходилось около 90% мирового
производства, равного 150,3 тыс.т/год. К 1937г. крупные промышленные производства
синтетических красителей организованы в 18 странах, и потребление красителей
достигло 235 тыс.т/год. В 80-х гг.20в. производство синтетических красителей
составило 770-860 тыс.т/год, причем 70% этого количества приходится на долю
США, ФРГ, СССР, Японии, Англии,
Швейцарии и Франции.
Термин “краситель”
введен в 1908г. А.Е.Порай-Кошицем.
Красители выпускают в
продажу обычно под торговыми названиями. За рубежом - это фирменные названия,
защищенные патентами. Поэтому часто
одинаковые по химическому строению синтетические красители разные фирмы
выпускают под различными названиями.
Производство
синтетических красителей - отрасль промышленности тонкого органического
синтеза. Синтетические красители получают в результате проведения
многостадийного химического синтеза из промежуточных продуктов, производимых, в
свою очередь, из ароматических и
гетероароматических соединений, вырабатываемых угле- и нефтехимической
промышленностью. Часто из одного промежуточного продукта получают несколько
синтетических красителей. Промежуточные продукты, кроме того, широко используют
для производства лекарственных веществ, пестицидов, ростовых веществ и многих
других продуктов. Как правило, производство промежуточных продуктов
организовано на заводах, которые вырабатывают синтетические красители.
Для промышленности
синтетическим красителям характерны: многоассортиментность (большое число марок
синтетических красителей), малотоннажность отдельных производств,
многостадийность получения большинства красителей (иногда 10 и более
стадий). Это затрудняет механизацию и
автоматизацию производства и,
следовательно, улучшение экономических показателей.
Основные пути прогресса
в промышленности синтетических красителей: разработка для каждого вида крашения
триад красителей
(желтый-пурпурный-голубой), смешением которых по данным расчета цветности на
ЭВМможно получить смесовые марки синтетических красителей любых цветов и
оттенков;организациягибких производств, позволяющих с помощью небольшого числа
аппаратов повышенной мощности производить широкий ассортимент продукции;
изыскание возможностей использования одних и тех же промежуточных продуктов для
синтеза возможно большего числа
синтетических красителей и применения в качестве промеж. продуктов соединений,
производимых для синтеза лекарственных веществ, пестицидов, фотоматериалов и
др..
Полученные в результате
химического синтеза синтетические красители обычно мало пригодны для
непосредственного применения в крашении и особенно в печатании. Чтобы красители
были удобны в применении и для повышения степени их использования (например,
исключение мех. потерь, более полная выбираемость из красильных ванн) из них
готовят выпускные формы. Это стандартизованные товарные формы, в которых синтетические
красители поступают потребителям; кроме красителя, взятого в строго определенной
концентрации, в их состав входят различные вспомогательные вещества. На основе
одного и того же синтетического красителя может быть приготовлено несколько
выпускных форм. Синтетические красители производят в виде непылящих порошков,
гранул и жидкостей, в виде растворов.
Применяют синтетические
красители для крашения волокон и различных текстильных материалов, кожи, мехов,
бумаги, древесины и др.; растворимые в органических средах синтетические
красители - для окрашивания бензинов,парафина, спиртов, восков, растительных
жиров, синтетических волокон при получении их формированием в массе, пластмасс,
резин. Синтетические красители используют также в цветной и черно-белой кинематографии
и фотографии, в электрофотографии аналитической химии, в медицине (средства
диагностики, при биохимических исследованиях), в жидкостных лазерах, в различных
физических приборах в качестве полупроводников и элементов, обладающих фотопроводимостью
и некоторыми другими свойствами, как катализаторы.
Производство красителей синтетических отрасль промышленности тонкого органического синтеза. Красители для синтетических тканей.
|
