Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №8 - Журнал «Домашняя лаборатория»
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
ТАЙНА ЦВЕТА
Перед нами формула красителя относительно простого строения:
Его точное химическое название — n,n'-диметиламиноазобензолсульфонат натрия. Мы уже встречалось с этим веществом, только когда мы применяли его в качестве индикатора, то называли иначе — Метиловым оранжевым. Для крашения этот краситель, правда, не годится, так как при добавлении кислоты желтая окраска переходит в красную.
Органические красители не случайно имеют сложное строение. Исследования многих химиков позволили установить связь между окраской соединения и его строением. Основу, или ядро, молекулы красителя, как правило, образует кольчатая структура. К ней должны быть присоединены носители цвета — хромофоры. Это всегда ненасыщенные группы:
СН=СН — этиленовая группа
=С=O карбонильная группа (оксогруппа, кетогруппа)
— N=N— азогруппа — N=O нитрозогруппа
— NO2 нитрогруппа
Ядро и хромофорные группы вместе образуют окрашенную систему — хромоген. В большинстве случаев наличие только одного хромофора еще не дает окраски.
Например, в молекуле оранжевого Р-каротина — красителя моркови — содержится 11 двойных связей. Кроме того, цвет зависит от того, как именно хромофоры расположены и связаны между собой. Для усиления цвета, углубления его оттенка и для достижения большей прочности выкраски на волокне к ядру с хромофором должны быть присоединены дополнительные группы — ауксохромы. К ним относятся, прежде всего, гидроксильная группа ОН и аминогруппа NH2, которые не только влияют на окраску, но и вследствие своего кислого или основного характера повышают сродство красителя к волокну (С целью упрощения вопроса авторы приводят представления, которые, в основном, соответствуют хромофорно-ауксохромной теории цветности, сформулированной немецким ученым Виттом в 1876 г. Последняя оказала положительное влияние на развитие химии красителей, но в настоящее время во многом устарела. Современная электронная теория цветности рассматривает цвет как результат взаимодействия со светом электронного облака молекулы красителя — см., например: Б. И.Степанов. Введение в химию и технологию органических красителей. М., «Химия», 1971, — Прим. перев.). Несмотря на то, что эти правила давно известны, открытие нового красителя и в наши дни иногда бывает вызвано счастливой случайностью.
С учетом приведенных представлений рассмотрим подробнее формулу знакомого нам Метилового оранжевого:
Пользуясь нашим простым оборудованием и набором реактивов, мы, к сожалению, сможем синтезировать лишь некоторые из множества красителей, однако и эти примеры помогут нам понять, насколько богата и увлекательна эта область химии.
СИНТЕЗИРУЕМ КРАСИТЕЛИ ИЗ АНИЛИНА
Первый в мире патент на получение синтетического красителя из каменноугольной смолы был выдан восемнадцатилетнему Вильяму-Генри Перкину. За сходство с окраской цветка мальвы (по-английски mauve) Перкин назвал этот краситель мовеином. Вскоре фиолетовый цвет стал самым модным. Фирма «Перкин и К°», производившая мовеин, всячески содействовала этому, так как Перкину необходимо было убедить красильщиков в преимуществе нового красителя. Через Францию мовеин поставлялся и в германские государства.
Мовеин в пробирке
Мовеин образуется из технического аминобензола (анилина), содержащего толуидин, при действии сильного окислителя. Разотрем в порошок немного бихромата калия (осторожно — яд!), добавим к нему несколько капель воды — до консистенции каши, прильем 2,5 мл концентрированной серной кислоты и полученную смесь взболтаем. При необходимости ее можно недолго погреть на слабом пламени газовой горелки. К 1 мл сырого анилина (яд!) добавим только что приготовленную хромовую кислоту и осторожно нагреем. Смесь приобретает фиолетовую окраску. Дадим ей остыть и извлечем краситель, добавляя 10–15 мл воды. Но предупреждаем: попытка окрасить ткань погружением в раствор мовеина не даст хорошего результата.
Синтезируем Анилиновый желтый
Вначале растворим в одной пробирке 2 г нитрита натрия (нитриты ядовиты!) в 10 мл воды, а в другой — 0,5 мл анилина в 5 мл денатурата. Оба раствора поставим в баню для охлаждения. Нитрит натрия предварительно можно получить из нитрата натрия при сильном нагревании его в пробирке. Затем в колбе Эрленмейера вместимостью 250 мл при эффективном охлаждении (лучше всего ледяной водой или снегом) смешаем 0,5 мл анилина с 2 мл концентрированной соляной кислоты. Образуется кристаллический, белый гидрохлорид анилина. Добавим к нему при перемешивании воду до полного растворения — всего около 10 мл. При непрерывном охлаждении и одновременном перемешивании медленно прильем в колбу Эрленмейера водный раствор нитрита натрия, подождем 2–3 минуты и добавим приготовленный спиртовый раствор анилина. Образуется осадок, который, если мы все время тщательно охлаждали реакционную массу, остается желтым. Это и есть краситель Анилиновый желтый.
Попробуем использовать его для крашения ткани. Для этого нужно фильтрованием отделить краситель от раствора, затем промыть на фильтре холодной водой и в заключение высушить на воздухе.
Теперь попробуем разобраться, что происходило в колбе. Сначала у нас получилась солянокислая соль анилина (гидрохлорид анилина);
При этом израсходовалась не вся соляная кислота. Оставшаяся часть ее прореагировала с нитритом натрия с образованием хлорида натрия и азотистой кислоты:
NaNO2 + НСl —> NaCl + HNO2
Последняя с гидрохлоридом анилина, образовала окрашенное соединение — диазобензолхлорид:
Мы видим, что молекула этого соединения содержит хромофорную азогруппу — N=N—, которая уже была упомянута в начале этого раздела. Хотя диазобензолхлорид окрашен, он не окрашивает ткань, так как в нем нет ауксохромной группы. Поэтому нам приходится снова добавить анилин, чтобы ввести в молекулу красителя аминогруппу — NH2:
(В приведенном рассуждении содержится неточность. Диазобензолхлорид имеет ионное строение:
Это вещество, называемое солянокислым фенилдиазонием, неустойчиво и легко подвергается превращениям, в частности, с образованием окрашенных соединений, однако само по себе не окрашено. Не следует путать входящую в состав этого соединения диазониевую группу — N=N с хромофорной азогруппой — N==N—. — Прим. перев.)
Как и уже упомянутый Метиловый оранжевый, Анилиновый желтый относится к классу азокрасителей. Сейчас он редко применяется для крашения, так как его вытеснили лучшие желтые красители.
Анилиновый черный — краситель для хлопка Открытый в 1863 г. Анилиновый черный относится к числу старейших органических красителей. Это популярный краситель хиноидного строения, имеющий брутто-формулу C43H34N8 (Столь давно найденный Лайтфутом Анилиновый черный замечателен своим великолепным, «сочным» черным цветом, на фоне которого особенно ярко выглядят рисунки, нанесенные другими красителями. В этом отношении с ним и сейчас не может сравниться ни одни из черных красителей других классов. Поэтому вопрос о
