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.
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.