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.