: 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.