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Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química

Química Orgánica III COLORANTES

BRYAN TACO

COLOR Es una propiedad que rodea al ser humano; lo observamos en plantas, frutos, alimentos, etc. La presencia de una amplia gama de colores en todo aquello que nos rodea se debe a sustancias de muy diversa naturaleza, capaces de absorber radiación y emitirla en el rango visible producida por las radiaciones de longitud de onda en un intervalo de 400-750 nm, tras su absorción en la retina y posterior procesamiento a nivel cerebral.

Hay factores que intervienen y condicionan el color de los cuerpos, éstos son: 

Color local.- es el color propio de los cuerpos, en aquellas partes en que no es modificado por efectos de la luz y sombra o por colores reflejados.



Color tonal.- Es una variante en más o menos del color local, influido generalmente por el reflejo de otros colores.



Color reflejado.- Es el factor constante, teniendo en cuenta, por un lado, el color ambiental y por otro lado, el reflejo concreto de uno ó más cuerpos determinados

Entre las sustancias que proporcionan color, distinguiremos dos grupos: los tintes y los pigmentos. Los pigmentos son sustancias que al aplicarse a un sustrato (fibra textil, cuero, papel, polímero, alimento), bien en disolución o bien en dispersión, le confieren un color más o menos permanente. El sustrato debe tener cierta afinidad química por él, para retenerlo.

Diferencia entre pigmento y tinte

Pigmento 

Son insolubles en el medio al que se aplican, por lo que absorben y dispersan la luz. Este proceso de dispersión se puede ver en los pigmentos plásticos o en las pinturas.



Es un material que cambia el color de la luz que refleja como resultado de la absorción selectiva del color. Este proceso físico es diferente a la fluorescencia, la fosforescencia y otras formas de luminiscencia, en las cuales el propio material emite luz

Tinte 

Son solubles en la materia a la que se aplican. Tienden a absorber la luz y no a dispersarla. De ese modo, los tonos claros que se ven en los cristales tintados o en los filtros de colores transparentes se deben a tintes.

Colorantes 

Es una sustancia que se aplica a cualquier cuerpo para efectuar una modificación persistente del color original y que en varias formas de su aplicación, puede ser disuelto o dispersado en un fluido, difundiéndose de este modo dentro del cuerpo a colorear.



Las principales características que debe tener un buen colorante son: •

Resistencia a la luz.

•

Adherencia al sustrato (resistencia al lavado y al desgaste).

•

Nivelado (uniformidad del color en una superficie amplia).

•

Inocuo para el sustrato.

Radicales existentes en los colorantes 

Los colorantes son compuestos químicos de estructura complicada que, según la teoría de Witt pueden tener en su fórmula estructural determinados grupos, los cuales reaccionará con grupos de la fórmula química de la fibra.



Estos grupos son: •

Grupos cromóforos.

•

Grupos auxocromos.

•

Grupos salificables.

Grupos cromóforos La palabra cromóforo según la teoría de Wittsignifica llevar un color a la fibra. “Son grupos de átomos responsables de bandas de absorción en las regiones ultravioletas o visibles. Así,

de una forma muy general, las transiciones de electrones π⟶π* son típicos para cromóforos en las regiones ultravioleta y visible” (Olsen, 1990)

Los cromóforos son sustancias que absorben la luz a una longitud de onda, entre los 400 y 800 nm se visualizan coloreadas. El término cromóforo se aplica al sistema responsable de la

impartición de coloración, pero actualmente implica cualquier grupo funcional que absorbe radiación electromagnética, aunque no produzca coloración Ejemplo: el grupo carbonilo.

Cuando en una molécula están presentes dos más grupos cromóforos separados por dos o más enlaces simples, el efecto en el espectro es aditivo debido a una pequeña interacción electrónica entre tales grupos.

Grupos auxócromos La palabra auxócromo se deriva del griego: AUXO: aumentar, CROMOS: color. Es decir, significa aumentar el color. Según UIT, los grupos auxócromos son agrupaciones atómicas que intensifican la acción de los cromóforos y hacen que la sustancia presente propiedades

tintóreas.

“Son grupos saturados que, cuando se unen a grupos cromóforos, desplazan su banda de absorción hacia longitudes de onda mayores o menores y aumentan la intensidad del pico. Todos

estos grupos auxócromos poseen electrones no compartidos (electrones n) y su efecto se atribuye normalmente a transiciones n⟶n*.” (Olsen, 1990)

Todos los grupos auxócromos son dadores de electrones. Estos grupos son responsables de la formación de sales débiles y fácilmente solubles con el fin de que el colorante

pueda pasar a la materia textil y sea susceptible de convertir una sustancia coloreada en un colorante.

Clasificación de los Colorantes



Los colorantes se clasifican en: •

Colorantes Artificiales o químicos

•

Colorantes Naturales

•

Colorantes por su uso

Colorantes Naturales 

Los principales sub grupos caracterizados son:

1.

Colorantes Vegetales Antocianinas

Quinonas

2.

Colorantes Minerales

3.

Colorantes de origen animal

Colorantes Vegetales También conocidos como pigmentos, éstos se encuentran distribuidos en todo el reino vegetal a excepción de los hongos. Los colorantes vegetales se hallan en la naturaleza asociados con ciertas sustancias que intensifican o modifican su color, éstas tienen el nombre de copigmentos y pueden ser flavonas, flavonoles, taninos, ácidos y otros compuestos que no han podido ser identificados. También son causas de su modificación la quelación con iones de metales pesados como hierro, aluminio

Se pueden diferenciar estructuras que responde a la conformación de un colorante como en los siguientes ejemplos:  Porfirinas  Quinonas  Antocianinas  Carotenoides

Porfirinas Se trata de un grupo prostético de las cromoproteínas porfirínicas. Están compuestas por un anillo tetrapirrólico con sustituyentes laterales y un átomo metálico en el centro, unido mediante cuatro enlaces de coordinación. Se clasifican basándose en los sustituyentes laterales del anillo, de modo que se distinguen meso porfirinas, uroporfirinas, etio porfirinas y protoporfirinas. Estas últimas son las más relevantes. Presentan como sustituyentes 4 metilos, 2 vinilos y 2 grupos propiónicos.

Antocianinas “Las antocianinas son pigmentos naturales propios de todas las coloraciones de las plantas en el reino vegetal. Son pigmentos rojos y azules. Generalmente con este vocablo designa tanto a las antocianinas, como a las antocianidinas o sea, al glicósido como al glicol”. (Beyer, 1987)

El color de las antocianinas depende del número y orientación de los grupos hidroxilo y metoxilo de la molécula. Incrementos en la hidroxilación producen desplazamientos hacia tonalidades azules mientras que incrementos en las metoxilaciones producen coloraciones rojas

Quinonas “Sólidos cristalinos, amarillos, anaranjados o rojos, son poco solubles en agua y solubles en solventes orgánicos.” (Beyer, 1987) E s uno de los dos isómeros de la ciclohexanodiona o bien un derivado de los mismos. Su fórmula química es C6H4O2.

Se solubilizan en los álcalis dando coloraciones que van desde el anaranjado al rojo o violeta, lo cual se utiliza en la valoración colorimétrica, como las quinonas son coloreadas, no presentan dificultad para ser detectadas a la luz visible, sin embargo el examen bajo UV proporciona mayor sensibilización

Otras Estructuras: Carotenoides: Son pigmentos orgánicos del grupo de los isoprenoides que se encuentran de forma natural en plantas y otros organismos fotosintéticos como algas, algunas clases de hongos y bacterias. Se conoce la existencia de más de 700 compuestos pertenecientes a este grupo. Ejemplo: licopeno

Bixina y Norbixina: Es un apocarotenoide empleado como aditivo colorante en la industria alimentaria, derivadas de la misma sustancia extraída del árbol bixa orellana, annato o bija.

Colorantes de origen animal Son colorantes naturales de procedencia animal. El carmín de cochinilla, obtenido por extracción del insecto, generalmente con agua acidulada o amoníaco; el quermés, colorante rojo extraído del quermés animal; la sepia, materia colorante parda procedente de la bolsa de tinta de la sepia; los extractos colorantes que se preparan con la goma laca y principalmente el lac dye: el pigmento nacarado (de perlas) natural, obtenido a partir de escamas de pescado, que consiste esencialmente en guanina e hipoxantina en forma cristalina.

Colorantes Artificiales o Químicos 

Los colorantes orgánicos sintéticos han sufrido una evolución constante desde el año 1856 en el que Perkin, realizó el primer colorante sintético cuando hizo reaccionar la anilina con ácido crómico.



La clasificación por su estructura de acuerdo con sus cromóforos es: •

Azoicos

•

Trifenilmetanos

•

Nitrados

•

Quinoides

•

Indigoides

Colorantes Azoicos Los colorantes azoicos son los más consumidos y se caracterizan por la presencia de un grupo azo (-N=N-) en la molécula que une, al menos, dos anillos aromáticos. El grupo azo tiene 6 electrones "móviles" (deslocalizados) que a su vez están deslocalizados con los anillos aromáticos adyacentes. Todos los compuestos azoicos son coloreados pero no todos son útiles como colorantes. Características: Estables a la luz y al lavado. La mayoría son ácidos sulfónicos o sus sales. Peso molecular elevado Síntesis llevada por diazoación y copulación.

Colorantes Trifenilmetanos Es un sólido incoloro que presenta tres grupos fenilo y un átomo de hidrógeno unidos a un átomo de carbono. Derivados de esta estructura se encuentran en el centro de numerosos colorantes. La síntesis del trifenilmetano puede realizarse mediante alquilación de FriedelCrafts a partir de benceno y cloroformo en presencia de tricloruro de aluminio como catalizador. Características principales: Hidroxi o amino derivados del trifenilmetano Su coloración intensa se debe a la resonancia de los iones trifenilcarbonios disimétricos. Reflejan fuertemente el espectro que absborben.

Ejemplos: Verde Malaquita Fenolftaleína Flouresceína Cristal Violeta

Colorantes Nitrados: Resultan derivados mono o polinitrados del benceno o naftaleno, con algún fenólico o amino, cuyos grupos nitro están en posición orto o para. Se trata de colorantes ácidos, de los que se prepararan sus sales sódicas o armónicas. Ofrecen colores poco sólidos y de poca importancia

Colorantes Quinoides: Constituyen el segundo grupo en importancia de los colorantes sintéticos, por detrás de los azoicos, y se emplean para teñir algodón y cuero; mientras los colorantes azoicos dominan los tonos amarillo, naranja y rojo, las antraquinonas dominan el azul y el turquesa. Resultan derivados hidroxi o amino antraquinonas y su color depende del mordiente utilizado.

El anillo que soporta los dos grupos carbonilo no es aromático, aunque es un sistema muy conjugado y, por tanto, bastante estable. Aunque la antraquinona ya tiene color amarillo, no se usa como colorante. Sí son colorantes muchos derivados de antraquinona con grupos amino, hidroxilo, sulfónicos u otros en distintas posiciones de los anillos de benceno

Preparación de un sistema para una quinona

Colorantes Indigoides El índigo es uno de los colorantes naturales más antiguos y más utilizados; el colorante era extraído por las civilizaciones antiguas de las plantas del género Indigofera tinctoriaIndigofera tinctoria; realmente; realmente en la planta existe unen la planta existe un ββ-glucósido denominado indican, que por fermentación genera indoxilo, el cual, por oxidación al aire, da lugar al índigo.

El uso de los colorantes de índigo está restringido actualmente a la fabricación de prendaspara las que se busca un efecto desteñido intencionado, como los vaqueros, ya que son colores poco estables a la luz y poco resistentes al lavado. Se usan como colorantes a la tina, como ya se consideró previamente. Se aplica la forma leuco reducida, que se oxida posteriormente a la forma oxidada coloreada

Colorantes por su uso químico 

Desde un punto de vista puramente químico, de contener la fórmula del mismo grupo auxocrómico y cromóforo.



Los colorantes de carácter químico se clasifican en los siguientes grupos: •Colorantes directos •Colorantes sulfurosos •Colorantes ácidos

•Colorantes básicos •Colorantes mordentados

Práctica de Laboratorio 

SÍNTESIS DE COLORANTES NITRADOS



OBJETIVOS 

Sintetizar el Nitronaftaleno



Familiarizar a los estudiantes en el empleo de técnicas y síntesis de colorantes nitrados para el estudio de sus propiedades y aplicaciones.



Sustancias y reactivos Ácido Nítrico

𝐻𝑁𝑂3 (𝑐)



Ácido Sulfúrico

𝐻2 𝑆𝑂4 (𝑐)



Naftaleno

𝐻10 𝑂8 (𝑠)

  

Agua Hielo Carbonato de Calcio

𝐻2 𝑂(𝑙) 𝐻2 𝑂(𝑠) 𝐶𝑎𝐶𝑂3 (𝑠)



α-Naftol 𝐻10 𝑂8 𝐻(𝑠) Procedimiento 3.3.1 En un Erlenmeyer pequeño mezclamos 4 mL de ácido nítrico con 4 mL de ácido sulfúrico y se lo deposita en 150 g de hielo debido a la reacción exotérmica producida. 3.3.2 Triturar y pesar 5 g. de Naftaleno e introducirlos despacio en el Erlenmeyer periódicamente para después someterlo a baño María a una temperatura de 45 a 50 °C agitando la solución constantemente. 3.3.3 Someter a otro baño María la solución a una temperatura entre 55 y 60 °C por 30 minutos, agitándola cada 4 minutos. 3.3.4 En un vaso de precipitación tomar 60 mL de agua fría y verter sobre este el contenido del Erlenmeyer y observar la reacción, dejando enfriar la solución. 3.3.5 Separar los cristales del líquido por decantación, y luego se añade al vaso 40 mL de agua destilada, agitar fuertemente y hervir por 20 minutos. 3.3.6 Transcurrido el tiempo establecido, en un vaso de precipitación tomamos 50 mL de agua fría y vertemos sobre este el contenido anterior observando la reacción. 3.3.7 Por último se filtra y separa el nitronaftaleno en un embudo Buchner adaptado a una bomba de vacio. 3.3.8 Dejar secar a la intemperie.

Reacción de Síntesis