Barwnik azowy
Barwniki azowe są związkami organicznymi posiadającymi grupę funkcyjną R−N=N−R′, w której R i R′ to zazwyczaj aryl i podstawione grupy arylowe. Stanowią one komercyjnie ważną rodzinę związków azowych , tj. związków zawierających wiązanie CN=NC. Barwniki azowe są barwnikami syntetycznymi i nie występują naturalnie. Większość barwników azowych zawiera tylko jedną grupę azową, ale niektóre barwniki zawierają dwie lub trzy grupy azowe, zwane odpowiednio „barwnikami diazowymi” i „barwnikami triazowymi”. Barwniki azowe stanowią 60-70% wszystkich barwników stosowanych w spożywczym i włókienniczym . Barwniki azowe są szeroko stosowane do obróbki tekstyliów , artykułów skórzanych i niektórych produktów spożywczych. Chemicznie spokrewnione pochodne barwników azowych obejmują pigmenty azowe , które są nierozpuszczalne w wodzie i innych rozpuszczalnikach.
Klasy
Znanych jest wiele rodzajów barwników azowych i istnieje kilka systemów klasyfikacji. Niektóre klasy obejmują barwniki dyspersyjne, barwniki metalokompleksowe , barwniki reaktywne i barwniki substantywne . Barwniki substantywne, zwane również barwnikami bezpośrednimi, są stosowane do tekstyliów na bazie celulozy, w tym bawełny. Barwniki wiążą się z tkaniną za pomocą sił nieelektrostatycznych. W innej klasyfikacji barwniki azowe można klasyfikować według liczby grup azowych.
Właściwości fizyczne, struktura i wiązanie
W wyniku β- delokalizacji związki aryloazowe mają żywe kolory, zwłaszcza czerwienie, pomarańcze i żółcie. Przykładem jest Disperse Orange 1 . Niektóre związki azowe, np. oranż metylowy , są stosowane jako wskaźniki kwasowo-zasadowe . Większość płyt DVD-R / +R i niektóre płyty CD-R wykorzystują niebieski barwnik azowy jako warstwę zapisu.
Barwniki azowe są ciałami stałymi. Większość z nich to sole, przy czym barwnym składnikiem jest zwykle anion, chociaż znane są pewne kationowe barwniki azowe. Anionowy charakter większości barwników wynika z obecności 1-3 grup kwasu sulfonowego, które są w pełni zjonizowane w pH barwionego wyrobu:
- RSO 3 H. → RSO 3 - + H. +
Większość białek jest kationowych, dlatego barwienie skóry i wełny odpowiada reakcji wymiany jonowej . Barwnik anionowy przylega do tych artykułów dzięki siłom elektrostatycznym. Kationowe barwniki azowe zazwyczaj zawierają czwartorzędowe centra amoniowe.
Przygotowanie
Większość barwników azowych wytwarza się przez sprzęganie azowe , co pociąga za sobą reakcję elektrofilowego podstawienia kationu arylodiazoniowego innym związkiem, partnerem sprzęgania. Ogólnie rzecz biorąc, partnerami sprzęgającymi są inne związki aromatyczne z grupami elektronodonorowymi:
-
ArN
+ 2 + Ar′H → ArN=NAr′ + H +
W praktyce amid kwasu acetylooctowego jest szeroko stosowany jako partner sprzęgający:
-
ArN
+ 2 + Ar′NHC(O)CH2C ( O)Me → ArN=NCH(C(O)Me)(C(O)NHAr′) + H +
Barwniki azowe są również przygotowywane przez kondensację nitrowanych związków aromatycznych z anilinami , a następnie redukcję powstałego azoksylowego związku pośredniego:
- ArNO 2 + Ar′NH 2 → ArN(O)=NAr′ + H 2O 6
- ArN(O)=NAr′ + C H 12 O 6 → ArN=NAr′ + C 6 H 10 O 6 + H 2 O
W przypadku barwienia tekstyliów typowym partnerem sprzęgania nitro byłby 4,4′-dinitrostilbeno-2,2′-disulfonian disodu . Poniżej przedstawiono typowych partnerów aniliny. Ponieważ aniliny są przygotowywane ze związków nitrowych, niektóre barwniki azowe są wytwarzane przez częściową redukcję aromatycznych związków nitrowych.
Wiele barwników azowych powstaje w wyniku reakcji z wcześniej istniejącymi związkami azowymi. Typowe reakcje obejmują kompleksowanie metali i acylowanie.
- Przykładowe barwniki azowe lub ich prekursory
Bezpośredni brąz 78
Basic Red 18 , kationowy barwnik azowy
Pigmenty azowe
Pigmenty azowe mają podobną budowę chemiczną do barwników azowych, ale brakuje im grup solubilizujących. Ponieważ są one praktycznie nierozpuszczalne we wszystkich rozpuszczalnikach, nie dają się łatwo oczyścić i dlatego wymagają wysoko oczyszczonych prekursorów.
Pigmenty azowe są ważne w różnych tworzywach sztucznych, gumach i farbach (w tym farbach artystycznych). Posiadają doskonałe właściwości wybarwiające, głównie w zakresie od żółtego do czerwonego, a także dobrą światłotrwałość . Odporność na światło zależy nie tylko od właściwości organicznego związku azowego, ale także od sposobu, w jaki zostały one zaabsorbowane na nośniku pigmentu.
Pigmenty azowe wśród barwników spożywczych są najstarsze i jednocześnie najczęściej stosowane. Zostały odkryte przez Petera Griessa w 1858 roku.
Biodegradacja
Aby barwniki były użyteczne, muszą charakteryzować się wysokim stopniem stabilności chemicznej i fotolitycznej. W wyniku tej stabilności fotoliza nie jest uważana za ścieżkę degradacji barwników azowych. Aby przedłużyć żywotność produktów barwionych barwnikami azowymi, konieczne jest zapewnienie odporności na atak mikroorganizmów, a testy wykazały, że barwniki azowe ulegają znikomej biodegradacji w krótkoterminowych testach w warunkach tlenowych. Jednak w warunkach beztlenowych można zaobserwować odbarwienie w wyniku biodegradacji.
Bezpieczeństwo i regulacja
Wiele pigmentów azowych jest nietoksycznych, chociaż niektóre, takie jak oranż dinitroanilinowy , oranż orto-nitroanilinowy lub oranż pigmentowy 1, 2 i 5, są mutagenne i rakotwórcze .
Barwniki azowe pochodzące z benzydyny są czynnikami rakotwórczymi ; narażenie na nie było klasycznie związane z rakiem pęcherza moczowego . W związku z tym w latach 80. w wielu krajach zachodnich zaprzestano produkcji benzydynowych barwników azowych.
Rozporządzenie europejskie
Niektóre barwniki azowe rozkładają się w warunkach redukujących, uwalniając dowolną grupę określonych amin aromatycznych . We wrześniu 2003 r. zakazano produkcji i sprzedaży towarów konsumpcyjnych zawierających wymienione aminy aromatyczne pochodzące z barwników azowych w Unii Europejskiej . Ponieważ tylko niewielka liczba barwników zawierała równie małą liczbę amin, dotyczyło to stosunkowo niewielu produktów.