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.