Красители

Содержание

1. Введение 

1.1. Краткая историческая  справка 

1.2. Современные  проблемы производства и применения  красителей 

1.3. Актуальность  темы и цель работы 

2. Современная  классификация синтетических красителей  и их св-ва

2.1. Тип классификации 

2.1.1. Химическая  классификация красителей 

2.1.2. Техническая  классификация красителей 

2.2. Свойства  и строение синтетических красителей 

2.2.1. Номенклатура  красителей 

2.2.2. Связь между  строением и цветом вещества 

2.2.3. Светопрочность красителей

2.3. Общие реакции  получения красителей 

2.4. Применение  синтетических красителей 

3. Реакции азосочетания. Азокрасители

3.1. Азокрасители.

3.2. Реакция диазотирования

3.3. Реакция азосочетания

3.4. Механизм  реакции азосочетания

3.5. Продукты  для холодного крашения 

4. Экспериментальная  часть 

4.1. Синтез 3-окси-4-карбоксиазобензола 

5. Выводы 

6. Список литературы  

1. Введение

1.1. Краткая историческая  справка.

 Радость от  восприятия цвета – одно из  старейших культурно-эстетических  чувств человечества. Уже в древние  времена люди заботились о  том, чтобы окрасить одежду  и предметы домашнего обихода  в красивые цвета. При религиозно-культовых  обрядах, напротив, использовали  устраняющие отталкивающие расцветки.  Во все времена окраска имела  символическое значение, как это  и сейчас выражается в цветах  гербов и национальных флагов.

 Если проследить  развитие искусства крашения  на протяжении столетий, то можно  отметить два периода. Первый, начиная с зарождения человечества  и вплоть до 1859 года – исключительное  применение красителей минерального, растительного или животного  происхождения. В старинных культурах  Европы, Египта, Азии, Центральной и  Южной Америки были известны  методы крашения хлопка, шерсти  и льна. В античные времена  из пурпурных улиток, обитающих  и сейчас в Средиземном море, добывали ценный пурпур. Он был  настолько дорог, что использование  окрашиваемых им тканей было  привилегией королей. Для крашения  применяли красный краситель  из корней морены ализарин, экстракты  красильной вайды и индигоидных растений – индиго, дающий очень прочную синюю окраску. Шафран применялся греками, кермес – римлянами, в Индии получали индийский жёлтый из мочи коров, которых кормили листьями манго. Эти красители добывали в небольших количествах. Они были очень дороги и не могли удовлетворять потребности развивающейся текстильной промышленности.

 Открытие  Америки принесло ряд ценных  продуктов – кошениль, из которого  выделяли карминовую кислоты  – алый краситель, который  до сих пор ещё применяется  для губной помады, красное дерево  бразилин и синий сандал. Только последние сто лет из этих природных препаратов были выделены собственнокрасящие вещества и установлено их строение. Неорганические пигменты – берлинская лазурь, марганцевый пигменты и другие стали использовать лишь в начале XIX века.

 Второй период  – применение искусственных синтетических  красителей – началось с открытия  мовеина, цвет которого напоминал окраску цветка мальвы, его строение удалось установить О. Фишеру лишь в 1890 году. Он оказался одним из многократно замещённых феназинов.

 Когда в  50-х годах XIX столетия органическая  химия начала своё триумфальное  шествие, одной из важнейших  проблем стоявших перед нею, являлось получение природных красителей синтетическим путём. Вскоре были открыты новые не существовавшие в природе классы красителей и, наконец, были синтезированы красители обладающие наивысшей прочностью.

 После установления  формулы бензола Кекуле было получено множество искусственных красителей. При синтезах исходили из ароматических веществ, содержащихся в каменноугольной смоле, поэтому их назвали смоляными красителями. На русском языке принят термин анилиновые красители. Производство анилиновых красителей было первым промышленным производством органических соединений, и послужило исходным пунктом химической индустрии после открытия в 1842 году знаменитым русским химиком Н. Н. Зининым способа получения анилина из нитробензола.

 Первый синтетические  красители – фуксин, мовеин, анилиновый жёлтый были получены в конце 50-х годов XIX века, а уже в 70-х годах возникает промышленное производство синтетических красителей.

 Мировое производство  синтетических красителей в настоящее  время составляет порядка 1000000 тонн в год.

1.2. Современные  проблемы производства и применения  красителей.

 Возникновение  и развитие новых отраслей  промышленности, создание новых  материалов требует создания  новых видов красителей для  этих материалов. Появляются новые  красители для различных видов  полимерных материалов, для новых  видов синтетических волокон  и.т.д.

 Разрабатываются  новые принципы крашения текстильных  материалов, например, путём образования  химический связи красителя с волокном. В соответствии с этим в технической классификации появляются новые группы, например, активные красители, красители для анодированного алюминия, оптически отбеливающие вещества и прочие. Активные красители представляют собой новый класс красителей с очень ценными свойствами. В их молекуле содержатся группировки, способные химически связываться с волокном, образуя ковалентную связь. Молекула активного красителя состоит из двух частей – хромофора, обуславливающего окраску и активной группировки, обеспечивающей прочную связь – красителя с волокном. Активные красители очень перспективны, так как они дают прочные окраски и позволяют упростить процесс крашения.

 Усилия исследователей  направлены на улучшение светопрочности, прочности к стирке и отбеливанию. Фотохимия простых органических соединений, например альдегидов, кетонов, насыщенных и ненасыщенных жирных кислот многократно изучалась. При изучении красителей сложного строения лишь в очень незначительном числе случаев удалось выделить и идентифицировать продукты фотореакции. Трудности заключаются в том, что фотохимические изменения красителей протекают очень медленно. Даже если удаётся выделить продукты разложения, бывает трудно отличить первичные и фотохимические изменения от последующих термических и других реакций, а также сформулировать механизм по которому образуются конечные продукты разложения.

1.3. Актуальность  темы по синтетическим красителям  и цели работы.

 Новые материалы  требуют новых красителей, а потому  тема по синтезу красителей  всегда остаётся актуальной. Цель  данной работы – синтез 4-окси-3-карбоксиазобензола, который является представителем  большого класса азокрасителей. На примере его получения изучить условия проведения реакций диазотирования 4-окси-3-карбоксиазобензола и реакции. 

2. Современная  классификация синтетических красителей  и их свойства

2.1. Типы классификации

2.1.1. Химическая  классификация красителей

 В химической  классификации красители объединены  в группы главным образом по  сходству химического строения  или методов получения.

 Органические  красители построены очень сложно, и основой объединения их в  группы по сходству химического  строения служит сходство хромофорной  системы. Например, красители, содержащие  нитрозогруппу, объединены в группу нитрозокрасителей, а содержащие азогруппу – в группу азокрасителей. Некоторые красители объединены в группу по способу получения, например сернистые красители. Во многих случаях красители с одинаковыми хромофорными системами получают одинаковыми способами. Например, все азокрасители получают путём диазотирования ароматических аминов и сочетания продуктов диазотирования с фенолами или аминами. Все нитрозокрасители получают нитрозированием фенолов или нафтолов.

 Химическая  классификация облегчает изучение  свойств красителей и способов их получения. По химической классификации органические красители разделяют на следующие группы.

1. Нитрокрасители. В этих красителях имеются электроноакцепторные заместители нитрогруппы - . Представитель этой группы – краситель нафтоловый жёлтый (динатриевая соль 2,4-динитро-1-нафтол-7-сульфокислоты) 

2. Нитрозокрасители. Они содержат нитрозогруппы – NO. Представители этой группы – производные 1-нитрозо-2-нафтола 

3. Азокрасители. В их хромофорную систему входит азогруппа ?N ? N?. Представители этой группы – кислотный синий 2К 

 и конго красный 

4. Арилметановые красители. Их основу составляют молекулы диарил- или триарилметана (I и II) либо фенилксантена (III). Хромофорную систему образует система сопряжённых связей с электроноакцепторными и электронодонорными заместителями (X ? O, NH): 

 Представители  этой группы – кислотный ярко-голубой  З (I) и флюоресцин (II): 

5. Хинониминовые красители. В их молекуле имеются хинониминовые группы 

 Представитель  этой группы – краситель прямой  ярко-голубой светопрочный 

6. Сернистые  красители. Они объединены по  способу получения осернением ароматических амино- и нитросоединений. Химическое строение большинства сернистых красителей не установлено. Представители этой группы – сернистый чёрный, получаемый осернением 2,4-динитрофенола, и сернистый коричневый Ж, получаемый осернением 2,4-динитротолуола.

7. Антрахиноновые красители. Являются производными антрахинона 

 Представители  этой группы – ализарин (I) и  кислотный зелёный антрахиноновый (II): 

8. Кубовые полициклокетоновые  красители. Молекулы их содержат  несколько конденсированных ароматических  колец и не менее двух карбонильных  групп, атомы углерода обычно  также принадлежат ароматическим  ядрам. Представитель этой группы  – кубовый синий O: 

9. Индигоидные красители. В основе строения этих красителей лежит структура молекулы индиго (I) или тиоиндиго (II): 

10. Фталоциановые красители. Являются производными фталоцианина 

2.1.2. Техническая  классификация красителей

 Химическая  классификация отражает строение  и способы получения красителей, но не отражает их технических  свойств и назначения. Между тем  для тех отраслей промышленности, которые применяют красители,  важно знать их технические  свойства, т.е. для крашения каких  материалов предназначен краситель  и в каких условиях его применяют.  Поэтому существует вторая классификация  красителей – техническая, в  которой красители объединены  в группы по их техническому  назначению.

 Крашение  – сложный процесс, в котором  краситель может взаимодействовать  с окрашиваемым материалом химически,  а может адсорбироваться поверхностью  материала и удерживаться при  помощи адсорбционных сил. В  зависимости от свойств красителя и окрашиваемого материала крашение ведут в различных условиях, вводя в раствор красителя разные добавки, изменяя температуру ванны, концентрацию красителя и.т.д.

 В простейшем  случае краситель растворяют  в воде и ткань окрашивают, погружая в красильную ванну. Другие красители требуют предварительной обработки ткани специальными веществами – протравами. Третьи нуждаются в последующей обработке для закрепления красителя на волокне. Существуют группы красителей, нерастворимых в воде. Их переводят в раствор восстановлением в форму лейкосоединения, и в таком виде они переходят на волокно. При последующем окислении они переходят в краситель непосредственно на волокне. Некоторые красители синтезируют на самом волокне: ткань пропитывают последовательно растворами промежуточных продуктов, которые реагируют между собой на волокне, образуя краситель.

 Ряд нерастворимых  в воде красителей растворяется  в органических растворителях.  К ним относятся жиро-, спирто-, и ацетонорастворимые красители, а также красители, растворимые в полимерах – полиамидах и полиэфирах.

 По технической  классификации красители подразделяют  на следующие важнейшие группы.

1. Кислотные  красители, окрашивающие шерсть  и шёлк в кислом или нейтральном  растворе.

2. Основные красители,  окрашивающие в нейтральном растворе  шерсть, шёлк и кожу непосредственно,  а хлопчатобумажные ткани после  протравливания таннином.

3. Прямые красители,  окрашивающие хлопчатобумажные  волокна в нейтральном или  слабощелочном растворе.

4. Протравные  красители, окрашивающие хлопчатобумажные, шерстяные и шёлковые волокна  после их протравливания солями  металлов - алюминия, хрома, железа.

5. Активные красители,  окрашивающие целлюлозные волокна  в щелочном растворе (сода, бикарбонат, тринатрийфосфат), а шерсть, натуральный шёлк и полиамидные волокна в среде, близкой к нейтральной (pH = 6 – 8).

6. Кубовые красители,  окрашивающие целлюлозные волокна  в щелочном растворе лейкосоединения (т.е. продукта восстановления). Окрашиваемый материал выдерживают в этом растворе (так называемом кубе), а затем окисляют на воздухе. При этом лейкосоединение снова переходит в краситель.