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Laboratorio de Química Orgánica Aplicada. Práctica 8. Colorantes y Pigmentos. Teñido de Telas. 129

LABORATORIO DE QUIMICA ORGANICA APLICADA PRACTICA # 8 COLORANTES Y PIGMENTOS COLORANTES AZO (ANILINAS). SINTESIS DE ROJO PARA TEÑIDO DE TELAS DIRECTO Y POR IMPREGNACION OBJETIVOS Al concluir la práctica el alumno será capaz de: 1. Explicar las principales características estructurales que causan:

a) el color en los compuestos orgánicos coloridos; b) las propiedades físicas y químicas requeridas para ciertos usos y aplicaciones.

2. Describir algunos de los tipos y clasificaciones importantes de los colorantes y pigmentos y algunos datos sobre su producción industrial.

3. Apreciar que el campo de la ingeniería química se consolida con el concepto de proceso unitario originado al darse cuenta de que la versatilidad en síntesis orgánica de unas cuantas reacciones de los compuestos aromáticos (principalmente SEA) y de las sales de diazonio (SNA y acoplamiento), permiten preparar gran cantidad de compuestos, tanto a nivel laboratorio como industrial.

4. Preparar un azocompuesto y autoevaluar la calidad de su propio trabajo experimental al efectuar una reacción con una técnica en microescala que desarrolla las siguientes habilidades: a) cuidadoso control de temperatura baja y de pH; b) limpieza y cuidado en el manejo de sustancias químicas, muy notorios cuando éstas son coloridas,

minimizando las pérdidas mecánicas. 5. Comparar los resultados al teñir diversas fibras con el colorante preparado y reconocer la importancia de la

selección adecuada de la clase de colorante para un determinado sustrato dependiendo de las características estructurales de ambos.

6. Comparar las diferencias en la calidad de la tinción cuando el colorante se impregna dentro de la fibra durante su síntesis o cuando se aplica directamente.

7. Analizar las ventajas e inconvenientes de utilizar en el laboratorio una técnica de microescala para conocer un proceso por el cual se fabrican a nivel industrial lotes grandes de producto.

8. Identificar en el espectro de IR las bandas características de los grupos funcionales del colorante sintetizado. INFORMACION GENERAL Colorantes y Pigmentos Un colorante es una sustancia colorida utilizada para teñir diversos sustratos, incluyendo papel, piel, pelo, alimentos, cosméticos, medicamentos, ceras, grasas, productos derivados del petróleo, plásticos y textiles. Los colorantes son retenidos por estos sustratos por adsorción física, por formación de sales o complejos metálicos, por retención mecánica o por formación de enlaces covalentes. Dependiendo del tipo de substancia colorida y del sustrato al que se aplique, el método para aplicación de estos compuestos varía mucho y es principalmente en este sentido en el que se diferencian los colorantes de los pigmentos.

Departamento de Ingeniería y Ciencias Químicas. Universidad Iberoamericana.


Los colorantes se aplican en solución o dispersión y el sustrato debe de tener cierta afinidad para absorberlos. En los colorantes la estructura cristalina se pierde al disolverse el sólido en el medio en que se aplica o en el producto final. Por el contrario, en los pigmentos sólo se dispersan las partículas por lo que la estructura cristalina se mantiene durante todo el proceso de aplicación. Usualmente los pigmentos se aplican en vehículos como pinturas o lacas, aunque en algunos casos el sustrato es el vehículo mismo como en el caso de los materiales poliméricos. En los pigmentos es el vehículo y no el compuesto colorido mismo quien se adhiere al sustrato. Los pigmentos son importantes cuando la insolubilidad es esencial, como en las tintas de impresión, donde un colorante se esparciría o "sangraría" sobre el área en que se aplica. Los pigmentos en general tienen mayor opacidad, poder cubriente y resistencia al calor que los colorantes. Tanto los colorantes como los pigmentos se preparan de intermediarios químicos similares por lo que los fabricantes tienden a preparar ambos tipos de sustancias. Las principales propiedades que los compradores de colorantes buscan son color, resistencia a la luz y adherencia al sustrato para que el color no se desvanezca, se desgaste o se extraiga por el lavado. También son importantes el nivelado del colorante (uniformidad del color en una gran área), la facilidad de aplicación, compatibilidad con otros colorantes, y que no dañe al sustrato. El costo es relativamente poco importante porque los colorantes se usan en pequeñas cantidades. Las propiedades que busca el usuario de pigmentos son color correcto, firmeza a la luz, al calor, a los disolventes orgánicos, al agua, a los ácidos y a los álcalis y resistencia al "sangrado" y a la "floculación". El "sangrado" es indeseable y depende de la solubilidad del pigmento en la fase dispersa, ya sea disolventes u otros materiales que son parte del vehículo. La "floculación" se refiere a agregados de pigmento y se produce especialmente con ftalocianina de cobre, en asociación con dióxido de titanio, en las pinturas. Las propiedades del pigmento, en particular el color, varían indeseablemente al romperse los agregados por acción de fuerzas cortantes como el brochado de las pinturas. Teoría del Color Las sustancias coloridas son las que absorben luz en la región visible del espectro, o sea, con una longitud de onda entre 380 nm (violeta) y 750 nm (rojo). Una sustancia tendrá el color complementario del que absorbe ya que este color se resta de la luz reflejada o transmitida. Así, un colorante que absorbe la luz azul conferirá un color amarillo y viceversa. Las sustancias que no absorben la luz visible son blancas o incoloras mientras que las que absorben todas las longitudes de onda son negras. La enorme variedad de objetos coloreados tiende a hacer que se pase por alto el que pocos productos químicos tienen color propio, ya que la mayoría de los compuestos son incoloros. La absorción de radiación electromagnética se debe a que los electrones pueden pasar de un estado basal de menor energía a un estado electrónico superior en energía (excitado o de antiunión) por la acción de un quantum de radiación. El paso sólo es temporal y el electrón pronto regresa a su estado basal disipando la energía absorbida como calor o reemitiéndola como radiación fluorescente o fosforescente. Generalmente la energía requerida para la transición electrónica es muy grande por lo que la absorción ocurre en la región del ultravioleta. Por ejemplo, la transición de π (doble enlace) a π* (doble enlace de antiunión) absorbe a 200 nm en polienos y aromáticos y la transición n ( par de electrones no compartidos) a π* absorbe a aproximadamente 300 nm en aldehidos, cetonas y N-heteroaromáticos. Las transiciones de un nivel σ (enlace sencillo) o n a un nivel σ* son de mucho mayor energía y por lo tanto la absorción ocurre aun más alejada del espectro visible, en la región del ultravioleta lejano. El color en las moléculas orgánicas se produce solamente cuando hay alguna característica en su estructura que reduzca la brecha de energía entre los orbitales π y/o n y el orbital π*; para que esto ocurra se requiere que en su estructura haya



un grupo cromágeno que tenga por lo menos 4 o 5 dobles enlaces conjugados y/o uno o más anillos aromáticos y además un grupo cromóforo como pueden ser el etilénico (>C=C<), carbonilo (>C=O), nitro (-NO2), nitroso (-N=O), azo (-N=N-), imino (>C=NH y -CH=N-) y carbono-azufre (>C=S y >C-S-S-C<). Estos grupos cromóforos cuentan con bastantes electrones en los orbitales π y/o n y como parte de un sistema conjugado muy elaborado pueden sufrir transiciones de mucho menor energía que cuando se encuentran aislados. En estos casos estos compuestos son coloridos ya que la absorción ocurre en la región visible del espectro electromagnético. A continuación, en la Tabla 1, se ilustran algunos de los sistemas cromóforos de mayor importancia comercial.

Tabla 1. Algunos sistemas cromóforos importantes comercialmente. Además de los cromóforos, las moléculas de colorantes generalmente tienen otros grupos llamados auxocromos, los cuales cambian el color (λmax de absorción) y la intensidad de absorción (εmax) de los cromóforos cercanos a ellos,



aunque por sí mismos estos grupos no confieren color. Entre los auxocromos más comunes están los grupos oxhidrilo, amino, carboxilo o sulfónico o los átomos de halógeno. Estos grupos o átomos tienen pares de electrones no compartidos que intensifican la absorción y la trasladan a longitudes de onda más larga (de menor energía). En adición a los cromóforos y auxocromos, las moléculas de colorante pueden tener otros grupos que cumplen con propósitos específicos; por ejemplo, los grupos iónicos como son los sulfonatos (-SO3

-Na+) confieren solubilidad en agua mientras que las cadenas laterales alquílicas la disminuyen. Los grupos sulfonato y otros grupos ácidos producen colorantes ácidos mientras que el amonio cuaternario (R4N+-X) y otros grupos básicos forman colorantes básicos. Clasificación de los Colorantes Los colorantes y pigmentos se pueden clasificar de acuerdo a su estructura química o a sus propiedades. Otro tipo de clasificación, únicamente para los colorantes, es según su forma de aplicación o su uso final. Clasificación del Colour Index. Un sistema ingenioso creado por la UK Society of Dyers and Colourists es el "Colour Index" (CI). Esta clasificación es aceptada internacionalmente en las industrias que fabrican los colorantes o los usan. El Colour Index clasifica a los colorantes de acuerdo con un sistema doble. El número asignado define la clase química y un nombre genérico identifica el uso o aplicación. Algunos fabricantes añaden un nombre comercial o trivial. Por ejemplo: la sal sódica del 4-sulfo-2-hidroxinaftaleno-1-azo-β-naftol (nombre químico) es vendida como "azul negro al cromo U" (un nombre comercial), CI 15705 (número de constitución del "Colour Index"; los números 11 000 al 19 000 están reservados para colorantes monoazo), "Negro Mordente 17" (nombre genérico) . Esta clasificación indica que este colorante es monoazo, negro, que se aplica como mordente y es el No. 17 en la lista de su tipo. Actualmente tienen significado comercial unos 8000 colorantes. El Colour Index reconoce 26 tipos de colorantes por clasificación química del cromóforo: 1) nitroso, 2) nitro 3) mono-, dis, tris, y poli-azo, 4) azoico, 5) estilbeno, 6) carotenoide, 7) difenilmetano, 8) triarilmetano, 9) xanteno, 10) acridina, 11) quinoleina, 12) metina y polimetina, 13) tiazol, 14) indamina e indofenol, 15) azina, 16) oxazina, 17) tiazina, 18) azufre, 19) aminocetona, 20) hidroxicetona, 21) antraquinona 22) indigoide, 23) ftalocianina, 24) materiales colorantes naturales orgánicos, 25) bases de oxidación y 26) materiales colorantes inorgánicos. De estas 26 clases de cromóforos, los más importantes es la de los cromóforos azo (Tabla 1 pag. 3). Casi la mitad de los colorantes importantes comercialmente pertenecen a este grupo; en E.U.A. en 1977 el 31.5% en peso de la producción de colorantes fue de azo compuestos (Fig. 1). En esta práctica se sintetizará un colorante monoazo: el Rojo Para.



Fig 1. Producción de colorantes por clases químicas en E.U.A. en 1977 En los ejemplos de las siguientes páginas además del nombre y de la clasificación del CI (cuando se disponga de ella), se incluye el grupo químico al que pertenece cada colorante. Clasificación de los Colorantes por su Forma de Aplicación. La clasificación basada en la forma de aplicación de los colorantes utilizada por la U.S. International Trade Commission es más útil, sencilla y práctica que la clasificación química. Por su forma de aplicación los colorantes se clasifican en 12 grupos: 1) colorantes ácidos, 2) colorantes azoicos, 3) colorantes básicos, 4) colorantes directos, 5) colorantes dispersos, 6) colorantes reactivos con fibras, 7) agentes abrillantadores fluorescentes, 8) colores para alimentos, drogas y cosméticos, 9) colorantes mordentes, 10) colorantes disolventes, 11) colorantes con azufre, y 12) colorantes de tina. De estos colorantes seis clases (ácidos, básicos, directos, dispersos, abrillantadores fluorescentes y de tina) constituyen la mayor parte del mercado, con cifras superiores al 70% en peso (Tabla 2).

Tabla 2. Comparación de la producción de colorantes, en E. U. A., por clase de aplicación A continuación se menciona brevemente la importancia de cada una de estas diferentes formas de aplicación y se enfatiza la relación que hay entre algunas de las características estructurales de cada uno de estos tipos de colorantes, sus propiedades físicas y químicas y su forma de aplicación: 1) Colorantes ácidos. Derivan su nombre de su insolubilidad en baños ácidos. Estos colorantes son solubles en agua y al acidificar estas soluciones se depositan en la fibra. Se emplean para teñir fibras proteínicas como lana, seda y nylon; también piel o papel. Generalmente son sales de sodio de los ácidos sulfónicos de complejos azo, de triarilmetano o de antraquinona. Estas sales al ser iónicas son bastante solubles en agua mientras que el ácido sulfónico correspondiente, que se forma al acidificarlas, es mucho menos soluble en agua.

Rojo ácido 138 CI, 18073, Carmín B Carbolán Negro ácido 1 CI, 20470 (para lana) (para lana)



colorante monoazo colorante disazo 2) Colorantes azoicos. También se les conoce como colorantes desarrollados o impregnados. Este segundo nombre es más adecuado pero menos utilizado. Estos colores también llamados "al hielo" son colorantes azo que al sintetizarse "in situ" mediante acoplamiento de sales de diazonio con fenoles o aminas aromáticas durante su contacto con las fibras se depositan directamente entre las fibras. Esta reacción debe efectuarse a 0oC; la temperatura baja evita que el compuesto diazoico se descomponga hasta que este listo para acoplarse. Estos colorantes, brillantes y de larga duración, se emplean sobre todo para impresiones en algodón con el que normalmente el colorante azo si se sintetiza previamente a la tinción no se uniría eficazmente. A pesar de que la molécula del colorante es demasiado grande para caber en los espacios entre las fibras, los dos reactivos para preparar el colorante son suficientemente pequeños para penetrar entre ellas. Cuando los dos intermediarios reaccionan para formar el colorante, la molécula mayor resultante queda atrapada adentro de las fibras. Este proceso se ilustra en la Fig. 2 que muestra la preparación del colorante "rojo para" o "rojo bandera americana". Este es el colorante que se sintetizará en esta práctica y que se utilizará para teñir telas de dos formas, en su uso normal como colorante impregnado y como si fuera un colorante directo:

Fig. 2. Síntesis del colorante azoico "rojo para" impregnado dentro de la fibra 3) Colorantes básicos. La mayor parte de los colorantes básicos son compuestos amino o aminosustituidos que son solubles en ácidos formando la sales de amonio correspondientes (las que al ser iónicas son muy solubles en agua). Estas sales se insolubilizan al alcalinizar la solución ya se forman las aminas libres mucho menos solubles en agua. Casi todos los colorantes básicos son de los grupos del triarilmetano o del xanteno. Estos colorantes se pueden utilizar para teñir lana o algodón con un mordente, pero su uso principal es para tintas de duplicación, papel carbón y cintas para máquinas de escribir. En disolventes no acuosos forman tintas para escribir o imprimir.

Colorante básico CIBA, no se encuentra en el CI Violeta básico 3 CI, 42555, Cristal Violeta (para fibras acrílicas) (para lana, fibras acrílicas o papel) colorante monoazo colorante del trifenilmetano La lana esta compuesta por una proteina, la queratina, que es un polímero de α-aminoácidos con algunos grupos -COOH y -NH2 libres que pueden formar enlaces ionicos con moléculas de colorantes ácidos o básicos. Este proceso se puede representar como: proceso ácido: lana-NH2 + HX ──> lana-NH3

+X-



lana-NH3+X- + colorante-SO3

-Na+ ──> lana-NH3+ -O3S-colorante + NaX

proceso básico: lana-COOH + NaOH ──> lana-COO-Na+ + H2O lana-COO-Na+ + colorante-NH3

+X- ──> lana-COO- +H3N-colorante + NaX El teñido con colorantes ácidos y básicos es un proceso de intercambio de iones y como tal es reversible. Esto es una ventaja si se requiere un teñido uniforme sobre una gran área, pero, tienen la desventaja de que no proporcionan firmeza al lavado pues son parcialmente solubles en agua. 4) Colorantes directos. Las fibras celulósicas (algodón, lino y rayón) no tienen grupos ácidos o básicos; sin embargo, tienen un gran número de grupos oxhidrilo y pueden teñirse con moléculas que forman puentes de hidrógeno con éstos. Estos son los colorantes directos, es decir, que se emplean sin la adición de un mordente y se aplican en una solución neutra y caliente, a la cual se ha agregado un electrolito (NaCl) para disminuir la solubilidad del colorante. Al enfriarse la solución la solubilidad del colorante disminuye todavía más. Para que el colorante se deposite sobre la fibra, debe tener una solubilidad mínima en agua, sólo suficiente para poder aplicarlo en solución acuosa. La mayoría de los colorantes directos son compuestos poliazo o compuestos del estilbeno que tienen enlaces urea. Inevitablemente los colorantes directos son solubles en agua por lo que su uso está limitado a casos en que no es necesario un lavado severo, como el caso de forros de trajes, cortinas o papel.

5) Colorantes dispersos. Los productos sintéticos modernos (acetato de celulosa, plásticos, poliésteres) son difíciles de colorear. Los colorantes dispersos son hidrofóbicos, muy poco solubles en agua y se aplican en forma de materiales finamente divididos en dispersión acuosa caliente (130oC, a presión) estabilizada por un detergente aniónico o no ionico. El colorante se transfiere de la dispersión y se absorbe en las fibras con las que forma una solución sólida. La penetración al polímero requiere de una molécula pequeña; con frecuencia estos colorantes son compuestos monoazo simples o colores insolubles de antraquinona.



6) Colorantes reactivos con fibras. Estos colorantes reaccionan formando un enlace covalente entre el colorante y la fibra que se acostumbra teñir con ellos. Para lograr esto, el colorante se une primero a un compuesto puente capaz de reaccionar con los grupos funcionales de la fibra. Esto produce prendas con color de gran resistencia al lavado. Se tiñen así algodón, rayón y algunos nylons. Este es el tipo más nuevo y con más posibilidades de desarrollo en la industria de los colorantes.

colorante-NH-COCH=CH2 + H2N-lana ──> colorante-NH-COCH2-CH2-HN-lana colorante acrilamídico -CONH- colorante-CH2CHOHCH2Cl ───> colorante-CH2CHCH2 ───────> colorante-CH2CHOHCH2N-CO- colorante de clorohidrina O nylon │ 7) Agentes abrillantadores fluorescentes. Son compuestos incoloros que actúan como "abrillantadores ópticos" al absorber la luz ultravioleta incidente reemitiéndola en la región visible del espectro como un azul brillante, lo que proporciona una mayor apariencia de blancura en jabones, detergentes, textiles, plásticos y papel. Los abrillantadores son estilbenos, algunos oxazoles y triazoles. También se usan pigmentos reflejantes como el dióxido de titanio, muy útil para mejorar la apariencia del papel reciclado.



8) Colorantes para alimentos, fármacos y cosméticos. En 1977 los colorantes aprobados para estos usos por la U.S. Food and Drug Administration estaban constituidos por un grupo de sólo 52 compuestos, cuidadosamente controlados y regulados. La pureza y la seguridad son monitoreados rígidamente. Los colorantes que cumplen con las normas de seguridad están "listados", mientras que aquellos en los que cada lote es idéntico a un estándar original aprobado son los "certificados". Aún así, hay controversia sobre algunos de los colorantes ya aprobados. Un desarrollo interesante es el enlace de ciertos colorantes a cadenas poliméricas, causando así que pasen por el aparato digestivo sin cambios. Los colorantes aprobados incluyen antraquinonas, azocompuestos e indigoides.

9) Colorantes mordentes (y lacas). Algunos colorantes se combinan con sales metálicas (mordente significa amargo) para formar materiales coloreados muy insolubles llamados lacas. Estos materiales se emplean generalmente como pigmentos. Si una tela hecha de algodón, lana u otra fibra proteínica se impregna con una sal de aluminio, cromo o hierro y luego se pone en contacto con un colorante formador de lacas, se crea un precipitado metálico en la fibra, y el colorante se vuelve más resistente a la luz y al lavado. Grupos sustituyentes como -OH y -COOH agregados a núcleos azo o antraquinónicos son capaces de reaccionar con metales para formar colorantes mordentes. También, para no perjudicar la fibra, se han preparado colorantes premetalizados, como el azul ácido 158, que se pueden aplicar a partir de una solución neutra.

10) Colorantes disolventes. Algunos colorantes simples son solubles en alcoholes, hidrocarburos clorados y otros disolventes. Las fibras sintéticas difíciles de colorear, como son los poliésteres y los poliacrilatos, pueden ser teñidas con dichas soluciones. El diseño de las máquinas para contener disolventes volátiles y contener los vapores representa un cambio considerable. Los colorantes disolventes son generalmente azo, bases del trifenilmetano o antraquinonas. Estos colorantes se utilizan para colorear aceites, ceras, barnices, ceras para calzado, lápices labiales y gasolinas.



Amarillo disolvente 33 CI, 47000, colorante de la quinolina 11) Colorantes al azufre (colorantes de sulfuro). Son un gran grupo de colorantes de bajo costo que producen matices opacos en algodón. Tienen buena resistencia a la luz, al lavado y a los ácidos, pero son muy sensibles al cloro o al hipoclorito. El cromóforo es complejo y no bien definido; se obtiene reaccionando sulfuros o polisulfuros con compuestos aromáticos clorados. Los colorantes de sulfuro son insolubles en agua y deben primero reducirse con sulfuro de sodio a una forma soluble la cual es generalmente incolora pero que al oxidarse adquiere el color. 12) Colorantes de Tina. Son parecidos a los colorantes azoicos y a los colorantes al azufre en que se forman "in situ" sobre el sustrato y también se usan principalmente para el teñido del algodón. Casi todos los colorantes de tina son derivados de la antraquinona o del indantreno. Su uso depende de la facilidad con que el colorante insoluble se reduce a la forma soluble leuco (blanca) por acción del hidrosulfito de sodio en condiciones alcalinas. La tela se sumerge en una solución de la forma leuco. Después, al exponerse al aire o al pasarse por un baño oxidante se reoxida a la forma colorida insoluble. Debido a su insolubilidad y a que se forman en los intersticios de la fibra, los colorantes de tina son estables a los lavados y a la luz. Sin embargo, tienden a producir colores opacos. El colorante más conocido de esta clase es el índigo utilizado principalmente para teñir mezclilla.

Clasificación de los Pigmentos Como ya se mencionó anteriormente, los pigmentos se aplican en vehículos adherentes como pinturas o lacas por lo que no presentan las mismas dificultades en su aplicación que acabamos de ver para los colorantes. En una forma mucho más sencilla, se clasifican simplemente por su color: Pigmentos amarillos. Se dividen en dos grupos: los de acetoacetarilida y los de bencidina. Los primeros son más verdosos y tienen mejor resistencia a la luz. Los segundos tienen un color más intenso y mayor estabilidad al calor y a los disolventes.



Pigmentos rojos. La mayor parte son compuestos monoazo simples derivados del ß-naftol. El pigmento rojo 3 es barato y se utiliza mucho en pinturas, tintas de impresión y papel tapiz. Los pigmentos rojos 48, 49, 52 y 57 se basan todos en las sales solubles de sodio de colorantes aniónicos que al tratarse con sales solubles de bario, calcio o manganeso precipitan el pigmento insoluble.

Pigmentos azules. La mayoría de los pigmentos azules se basan en la ftalocianina de cobre, muy distinta en estructura a los otros colorantes o pigmentos. Estos compuestos, en la década de los treinta, implantaron nuevas formas de firmeza a la luz, brillantez y fuerza de color que con otros colores no fueron igualadas durante muchos años. Pigmentos verdes. El único que se fabrica en gran escala es el Pigmento verde 7, el cual se obtiene por cloración de la ftalocianina de cobre, con la que comparte sus propiedades favorables, siendo una mezcla de productos con un promedio de 14 a 15 átomos de cloro por molécula.



Fabricación de Colorantes y Pigmentos y de sus Intermediarios Los colorantes le dan un valor a los productos que sobrepasa notablemente su costo. Con frecuencia el color es la razón de que se vendan. El uso de los colorantes se remonta a más de 4000 años de antigüedad. Los primeros colorantes se obtenían de fuentes naturales, principalmente de plantas pero también de animales o minerales (colorantes inorgánicos). Entre los colorantes más antiguos están el púrpura de Tiro, la henna, la grana, el "madder" (granza, Rubia tinctoreum, alizarina) y el índigo. Actualmente todos estos colorantes se obtienen por síntesis, y el índigo aún se utiliza como el principal colorante para teñir mezclilla.

EL primer colorante sintético, un colorante púrpura fue preparado accidentalmente en 1856 por un joven químico inglés, William Perkin, cuando intentaba sintetizar la quinina. Este colorante conocido como "malva" resultó excelente para teñir telas y revolucionó la moda femenina, como puede deducirse por las numerosas alusiones a este color en las novelas de esa época A causa de este descubrimiento, y no sin afrontar numerosas dificultades, Perkin llegó a ser un industrial rico y famoso.

Alentados por este éxito muchos químicos renombrados fueron atraídos por este nuevo campo sintetizándose rápidamente muchos otros colorantes como el verde malaquita, el cristal violeta, el amarillo mantequilla, el naranja II, el verde B de diamina, el azul de indantreno, etc. El árbol de colorantes de la Fig. 3 muestra el desarrollo de varios de los principales colorantes con sus fechas de descubrimiento. Es obvio que la industria de los colorantes florecía ya cuando la química estaba en su infancia. En las estructuras de los colorantes, los anillos aromáticos tienen una gran preponderancia. La principal fuente de aromáticos fue el alquitrán de hulla hasta los años 60 en que la producción petroquímica de benceno superó la producción a partir del alquitrán de hulla. Los aromáticos de mayor importancia en la producción de colorantes son los hidrocarburos simples (benceno, tolueno, xilenos, naftaleno, antraceno y fenantreno), los derivados hidroxilados de estos (fenol, cresoles y xilenoles) y la piridina. Estas materias primas relativamente reducidas se convierten primero en un número mucho mayor de intermediarios a partir de los cuales se obtiene un basto número de colorantes comerciales (ver Figs. 4, 5 y 6). En contraste con el número de colorantes fabricados, el número de las diferentes reacciones químicas requeridas para llevar a cabo la conversión es relativamente pequeño. Por ejemplo, una gran diversidad de intermediarios pueden ser sulfonados o nitrados en condiciones similares, en equipo semejante y con reactivos parecidos. Estos procesos se asemejan unos a otros más que los procesos especializados a gran escala de la industria petroquímica moderna y sugieren a los ingenieros



el concepto de procesos unitarios.

Fig. 3. Desarrollos importantes de la química orgánica del color

Fig. 4. Relación entre hidrocarburos aromáticos, compuestos intermedios y algunos colorantes azo



Fig. 6. Relación entre hidrocarburos aromáticos, compuestos intermedios indigo y algunos colorantes antraquinona



Los principales procesos unitarios que se emplean en la industria de los colorantes implican la introducción de grupos funcionales a un anillo aromático, la subsecuente modificación de los grupos funcionales, o la copulación de anillos para formar compuestos policíclicos. Lo que distingue la fabricación de un colorante de otros es la secuencia en la que se realizan los diversos procesos unitarios o la pequeña variedad en materias primas. Los procesos unitarios más importantes en la fabricación de intermediarios son nitración, aminación por reducción de nitros, sulfonación, halogenación, hidroxilación, alquilación, acilación, oxidación, la transposición bencidínica y la reacción de Bucherer. Los colorantes, los pigmentos y sus intermediarios se fabrican por las reacciones de la química orgánica clásica. También es cierto que la química orgánica clásica abarca las reacciones descubiertas por los químicos de colorantes alemanes, a fines del siglo XIX. Fue la tecnología la que inicialmente dio origen a las teorías, aunque de las teorías surgieron otras tecnologías. En la fabricación de colorantes intervienen procesos y reactivos que son más conocidos para el químico académico que los de la industria pesada de productos químicos orgánicos. El equipo también se reconoce con facilidad. Los colorantes se fabrican en procesos por lotes y los reactores, columnas de destilación y otros equipos se relacionan en su diseño con los aparatos en pequeña escala utilizados en el laboratorio. Los procesos por lote no dan lugar a grandes economías de escala, pero tienen ventajas en términos de control de calidad y permiten usar un mismo equipo para diversos colorantes que se obtienen por métodos similares pero no idénticos. En los colorantes, el problema de adherencia al sustrato es muy importante y, para satisfacer esta necesidad para los muy diversos tipos de sustratos que existen, la cantidad y variedad de productos colorantes es muy grande. En los pigmentos, los cuales se utilizan con vehículos adherentes, el problema no es la adherencia al sustrato sino el que los pigmentos deben ser humectados por el vehículo y adherirse a él. Este problema es menos difícil de resolver por lo que la variedad de productos que se usan en pigmentos orgánicos es relativamente pequeña y el mercado es más simple. Así, en los Estados Unidos, en 1980 la venta de colorantes fue estimada en 608 millones de dólares. En 1977, se produjeron un total de 274 millones de libras de los 23 colorantes que se producen en cantidad mayor a un millón de libras anuales; esta cantidad no incluye a otros 8 colorantes que se fabrican en gran volumen. Por otra parte, en el mismo período, se produjeron 68.7 millones de libras de los sólo 13 pigmentos que se producen en cantidad mayor a un millón de libras anuales. En las Figs. 7 y 8 se muestran los porcentajes de producción en 1977 de colorantes y pigmentos de acuerdo a sus clasificaciones respectivas.

Fig. 7. Producción de colorantes en clases de aplicaciones.

Fig. 8. Producción de pigmentos orgánicos en E.U.A. durante 1977, en peso.

Basadas en datos de Synthetic Organic Chemicals, US Production and sales,

US Tariff Commission, Washington DC, 1977.



Síntesis de Colorantes Azo (Anilinas). Los colorantes azo son la clase química más amplia e importante, casi la mitad de los colorantes importantes comercialmente pertenecen a este grupo, correspondiendo aproximadamente a un tercio por peso de la producción total de colorantes. Su versatilidad es tal que existen casi para todo tipo de aplicación y en todos los colores. Su característica es el cromóforo -N=N-, que en ciertos casos puede existir en la forma tautomérica -NH-N=, Este grupo generalmente los hace intensamente coloridos al permitir la conjugación entre dos o más anillos aromáticos. Los compuestos que tienen un solo grupo azo se conocen como monoazo, los que tienen dos son disazo, con tres, trisazo, etc. El color puede hasta cierto grado predecirse de la estructura (ver Tabla 1). Los colorantes azo se preparan a partir de aminas aromáticas primarias por una secuencia de procesos conocidos como diazoación y copulación (o acoplamiento). Cuando estas aminas reaccionan con ácido nitroso en solución ácida fría (0 a 10oC) se diazoan formando una sal de diazonio. La sal de diazonio puede copularse con componentes adecuados, típicamente fenoles, naftoles, aminas aromáticas y sus derivados. Por ejemplo:

El ácido nitroso es inestable por lo que se prepara al momento de utilizarse, "in situ", mezclando una solución de nitrito de sodio con ácido clorhídrico diluido. NaNO2 + HCl ──> HNO2 + NaCl Al final de la reacción de diazoación debe haber un ligero exceso de ácido nitroso, lo que se comprueba al poner una gota de la mezcla de reacción en un papel filtro humedecido con una solución de yoduro de potasio-almidón. La pueba positiva debe ser instantánea y consiste en la formación de un compuesto azul intenso entre el almidón y el yodo liberado. Si la aparición del color azul ocurre varios segundos después de aplicada la gota no debe tomarse como prueba positiva de que hay exceso de nitrito. 2 HNO2 + 2 KI + 2 HCl � 2 KCl + I2 + 2 NO + 2 H2O I2 + almidón � complejo azul Si hay mucho exceso de ácido nitroso, este puede descomponerse por la adición de un poco de urea. 2 HNO2 + H2N-CO-NH2 � CO2 + 2 N2 + 3 H2O Durante la reacción es necesario mantener un exceso de ácido fuerte (clorhídrico o sulfúrico) por varias razones: 1) Para formar el ácido nitroso a partir del nitrito de sodio. 2) Para protonar el ácido nitroso y deshidratarlo a ión nitrosonio. 3) Para convertir la amina aromática insoluble en agua en una sal de anilinio soluble. 4) Para que unicamente haya sal de anilinio (sin electrones no compartidos por lo que no es base ni nucleófilo ni puede reaccionar con la sal de diazonio como la amina libre). De esta forma, la amina libre se irá formando en el equilibrio solamente conforme vaya siendo consumida por el ión nitrosonio. 5) El medio ácido también sirve para estabilizar la solución de la sal de diazonio reduciendo los cambios secundarios a un mínimo.



Si todo el ácido se consume antes de terminar la diazoación, en el medio neutro se regenera la amina que aún no haya reaccionado y la cual, una vez liberada, reacciona fácilmente acoplándose con la sal de diazonio ya formada, originando un compuesto azo no deseado.

En solución básica las sales de diazonio se convierten en compuestos diazocovalentes. Estas dos últimas reacciones son irreversibles, aún acidificando de nuevo el medio, e impiden la formación del colorante esperado.

La mezcla de reacción debe mantenerse durante todo el proceso, el cual es exotérmico, a una temperatura inferior a 10oC, de otro modo la sal de diazonio se hidroliza al fenol:

Las sales de diazonio son muy solubles en agua, completamente insolubles en éter y en otros disolventes orgánicos y están completamente disociadas en cationes orgánicos y aniones inorgánicos. Estos compuestos son inestables por lo que no pueden ser aislados sino que se utilizan para intermediarios en síntesis siendo extremadamente importantes por su versatilidad y por la suavidad de condiciones requeridas. Las sales de diazonio dan lugar fundamentalmente a dos tipos de reacciones: 1) Reacciones de desplazamiento. En estas reacciones ocurre la sustitución del grupo diazo, con pérdida de una molécula de N2, entrando en su lugar un grupo nucleófilo como -X, -OH, -CN o -H. Esto es muy ventajoso, ya que la sustitución nucleofílica aromática es sumamente difícil de lograr por otros medios.



2) Reacciones de acoplamiento. Ya mencionadas anteriormente como el tipo de reacción mediante el cual se forman los colorantes azoicos. En estas reacciones el grupo diazo se conserva y la carga positiva de los nitrógenos actúa como un electrófilo muy débil que por lo tanto requiere de sistemas altamente activados hacia sustitución electrofílica aromática, como son los fenoles y las aminas aromáticas, para poder reaccionar:

A continuación (Fig. 9) se da el diagrama de flujo para la obtención industrial del negro mordente 17, este proceso sería muy similar, excepto por el sulfato de cobre, para la síntesis de otros colorantes azo.

fig. 9. Diagrama de flujo para el azul negro al cromo u, ci 15705, negro mordente 17. Un colorante monoazo mordente: lote = 5 kg-mol. A continuación se dan las reacciones que se efectuarán en esta práctica y el mecanismo mediante los cuales se lleva a cabo la síntesis del "Rojo Bandera Americana" o "Rojo Para".



El mecanismo de la reacción es: 1) Formación del ácido nitroso. 2) Formación de la sal de diazonio. 3) Reacción de acoplamiento.



Experimentos de Química en Microescala. Conforme ha ido creciendo la triple preocupación por el medio ambiente, por la seguridad y por los elevados costos de operación de los laboratorios, se ha hecho más patente la necesidad de reducir la escala de los experimentos en los laboratorios. Hasta hace 50 años lo común era trabajar en una escala de 50 a 100 g para sólidos y de 500 a 2000 mL para líquidos y no es difícil encontrar experimentos de laboratorio de esa época en escalas de 500 a 1000 g de sólido. Esta tendencia ha ido decreciendo gradualmente. En las décadas de los cincuentas y sesentas se redujo la escala usual a alrededor de 10 g; como ejemplo puede verse el libro de Arthur Vogel subtitulado "Small Scale Preparations" (primera edición 1957). La tendencia a disminuir la escala continuó hasta llegar a lo que actualmente se conoce como microescala. El primer programa curricular de microescala se empezó a implementar en 1983 por los doctores Ronald Pike (Merrimack College), Dana Mayo y Samuel Butcher (Bowdoin College). En las técnicas de microescala las cantidades son menores de 1 g o 2 mL, preferentemente alrededor de los 25 a 150 mg para sólidos y de 100 a 2000 μL para líquidos. De hecho, esta práctica que vas a efectuar la realizan actualmente 40 equipos (es decir, aproximadamente todos los alumnos de 2 semestres) con la misma cantidad de substancias que todavía en 1990 utilizaba un sólo equipo (otra diferencia es que se usaba anilina, mucho más tóxica que la p-nitroanilina que usamos ahora. Algunas de las ventajas más relevantes de las técnicas en microescala son: • Una mejoría impresionante de la calidad del aire en los laboratorios, ya que se pueden eliminar casi totalmente la

presencia de vapores de disolventes. • Prácticamente la total desaparición de los accidentes de laboratorio provocados por reactivos cáusticos, inflamables

o explosivos. • Una disminución notable de riesgos a la salud originados por exposición a compuestos tóxicos, irritantes,

alergénicos, mutagénicos o cancerígenos. • Una contribución significativa a preservar nuestro medio ambiente y la ecología al haber una reducción radical en

la generación de desechos químicos, además de simplificarse su eliminación y reducir notablemente los costos asociados.

• La reducción radical de costos de operación de los laboratorios, sobre todo en el ahorro de substancias químicas y

en costos del material convencional más pequeño (vasos, matraces, tubos, pipetas Pasteur, placas excavadas, etc.). Actualmente los equipos con juntas ensamblables (muchas de ellas no esmeriladas, sino con tapón de rosca) son relativamente costosos pero es de esperarse que conforme aumente su demanda sus costos bajarán apreciablemente. Indirectamente los costos también se reducen ya que la fragilidad del material de microescala es menor ya que la resistencia mecánica en las piezas pequeñas en más alta.

• Desde el punto de vista didáctico también hay algunas ventajas en el uso de la microescala: • Aunque el trabajo en microescala requiere de técnicas especiales, ninguna es más difícil de aprender o de aplicar;

de hecho, algunas son más sencillas y los aparatos más fáciles de montar que en las técnicas convencionales. • La habilidad y cuidado en el manejo de substancias químicas se acrecientan y las pérdidas mecánicas tienden a

disminuir. • La mayor parte de los fenómenos que pueden ser observados en experimentos realizados en escala convencional,

también pueden apreciarse análogamente en las técnicas de microescala. • Generalmente la atención de los alumnos tiende a concentrarse más y el pensamiento es más analítico en los

experimentos en microescala.



• Puede haber un ahorro considerable de tiempo, ya que, aunque el tiempo de reacción no disminuye con la escala, el cuidadoso desarrollo que han tenido estos experimentos, junto con la posibilidad de hacer análisis fácil y rápidamente a la mezcla de reacción a intervalos cortos, ha hecho que los tiempos de reacción, que en técnicas convencionales frecuentemente estaban muy excedidos, se ajusten al tiempo realmente necesario. Aún más significativa es la notable disminución del tiempo requerido en microescala para las operaciones mecánicas y purificación de los productos, por ejemplo, en extracción, filtración, destilación, secado, etc. Este tiempo ahorrado puede ser invertido en otras actividades asociadas a la experimentación y más significativas para el aprendizaje.

Indudablemente las ventajas de la microescala son muchas pero también tiene algunos inconvenientes como pueden ser la mayor necesidad de equipo analítico sofisticado y costoso como cromatógrafo de gases e infrarrojo; la imposibilidad de aplicar algunas técnicas como destilación fraccionada y de efectuar la observación de algunos de los fenómenos que ocurren a mayor escala; la necesidad de reactivos más puros, de material especial y mucho más limpio y de equipos de medición más precisos y por lo tanto más costosos y delicados.



Nombres: TÉCNICA PARA LA SÍNTESIS EN MICROESCALA DEL ROJO PARA 1[(4-nitrofenilazo]-ß-naftol, rojo bandera americana, pigmento rojo 1, CI, 12070)

PREGUNTAS PARALELAS:

En un tubo de ensaye mediano coloque 125 mg de p-nitroanilina. Añada 1.6 mL de ácido sulfúrico al 15 % en volumen (aproximadamente 3 M). Entibie la mezcla en un baño de agua a unos 50�C (vaso de precipitados de 50 ml) para disolver la amina tanto como sea posible. Coloque un termómetro en la mezcla y enfríe bien en un baño de hielo-agua-sal (como baño use un vaso de precipitados de 100 mL), agitando hasta que la tempe-ratura de la suspensión de bisulfato de p-nitroanilinio esté entre 5oy 10oC. Ponga en un tubo de ensaye chico 0.63 mL de solución al 10% (63 mg/0.63 mL) de nitrito de sodio en agua destilada midiendo con una "microbureta" y enfríe el tubo en el baño de hielo. [La "microbureta" es una pipeta graduada de 1 mL adaptada con una punta de micropipeta automática de 0.1 mL (de plástico amarillo) y con una jeringa de 3 mL unida mediante un trozo de manguera de vacío].

¿Cuál es la reacción que está ocurriendo? ¿Para qué se ponen el agua y la sal en el baño de hielo? ¿Hay una diferencia significativa entre medir con bureta o con "microbureta"?

Con una pipeta Pasteur, gota a gota, añada la solución fría de nitrito de sodio a la suspensión fría de bisulfato de p-nitroanilinio, agitando bien con el termómetro después añadir varias gotas. No permita que la tempe-ratura se eleve a más de 10oC.

¿Cuál es la reacción que está ocurriendo?

Después de haber añadido toda la solución de nitrito, espere dos minutos y con el termómetro roce un pedacito de papel pH para comprobar que la solución esté ácida (vire a color rojo).

Si la solución está a un pH mayor de 4 (rojo-naranja) ajuste el pH adicionando 1-2 gotas de la solución de ácido sulfúrico al 15 %. Precaución: Si el pH llegara a subir mucho se formaría un sólido amarillo, producto de reacciones colaterales irreversibles, en ese caso no hay otra solución más que reiniciar la práctica.

Una vez verificado el pH, con el termómetro roce un papel reactivo de yoduro de potasio-almidón (tiras de papel filtro impregnadas con una solución de 500 mg de almidón y 100 mg de KI en 100 mL de agua destilada). Si no se obtiene un color azul oscuro instantáneamente, añada dos gotas más de nitrito y después de 2 min. pruebe de nuevo.

¿Cuál es la reacción que ocurre en el papel de KI-almidón?



Continúe igual, añadiendo nitrito y comprobando periódicamente que el pH continúe ácido, hasta que haya un ligero exceso de ácido nitroso (color azul en el instante de rozar el papel KI-almidón).En esta forma se tiene la seguridad de que todo el bisulfato de p-nitroani-linio se ha convertido a sal de diazonio. Sin embargo, el exceso de ácido nitroso es indeseable, ya que en el siguiente paso también reaccionaría con el ß-naftol para dar 1-nitroso-ß-naftol el que ya no puede formar el colorante y que lo impurifica. El exceso de ácido nitroso se elimina por adición de pequeñas cantidades de urea, agregando con la espátula unos pocos cristales, dando tiempo suficiente (1 min) para que reaccionen y continuando la adición hasta que la prueba con el KI-almidón vuelva a ser negativa.

Escribe la reacción entre el ß-naftol y la sosa. ¿Qué ventajas tiene la formación del fenóxido?

En un vaso de precipitados de 20 mL ponga 130 mg de ß-naftol y disuélvalos en 2 mL de solución de hidróxido de sodio al 10% Si es necesario, entibie la mezcla hasta que el fenol se disuelva completamente. Enfríe el matraz en el baño de hielo-agua-sal (vaso de precipitados de 100 mL) hasta que la solución esté entre 5o y 10oC. Si la solución llegara a cristalizar, permita que la temperatura se eleve un poco. Agite bien la solución o suspensión fría de ß-naftóxido de sodio y con una pipeta Pasteur vaya añadiéndole, gota a gota y agitando, la solución fría del bisulfato de p-nitrobencendiazonio, lentamente, sin exceder los 10oC.

Si el fenóxido cristaliza ¿Podría algo de este sólido contaminar al producto? Escribe la reacción de acoplamiento que se está efec-tuando, incluyendo los subproductos inorgánicos.

Rápidamente aparece un color rojo y cuando se ha añadido casi toda la sal de diazonio el colorante empieza a cristalizar. Con el termómetro roce un pedacito de papel pH para comprobar que la solución esté ácida (vire a color rojo); si es necesario, acidifique la mezcla con ácido sulfúrico al 15 % y déjela en el baño de hielo por otros 10 min., agitando ocasionalmente, para que termine de cristalizar. Filtre al vacío los cristales del producto utilizando un embudo Hirsch. Recorte el papel al tamaño de la placa, sin excederlo. Lave los cristales con gotitas de agua de hielo, presionándolos con la espátula.

¿Cómo esperas que sea la solubilidad de este colorante en agua?

El producto se recristaliza de tolueno. Como el tolueno no es miscible con agua, es necesario dejar secar lo más posible el colorante, antes de intentar disolverlo. Para recristalizar el colorante de tolueno, regrese el producto al mismo vaso de precipitados de 20 mL en que lo preparó, sin lavarlo y disuelva los cristales en el menor volumen posible de tolueno caliente. Se puede comenzar con 5 mL y si no se disuelve completamente



calentar a ebullición (piedras) e ir añadiendo poco a poco más tolueno hasta que todo el sólido esté disuelto. Si al poner más disolvente las piedras se "mueren", deje enfriar un poco y ponga piedras nuevas. Una vez bien disuelto todo el producto, si se separó algo de agua, se elimina ésta con una pipeta Pasteur. Si es necesario se concentra un poco la solución. Si se desean cristales grandes se deja enfriar el matraz sin moverlo ni raspar con la espátula; ya que está a temperatura ambiente se termina de enfriar en hielo. Si el colorante no cristaliza o se desea un cristal más pequeño, se raspa con la espátula al mismo tiempo que se enfría. Filtre los cristales al vacío (embudo de Hirsch con papel al tamaño) y déjelos secar bien. Pese para determinar el rendimiento. En este caso no se determina el punto de fusión del producto ya que éste se descompone, sin fundir, a una temperatura alrededor de 250°C.

Compara el color y el tono de tus cristales con los de tus compañeros y, si hay diferencias apreciables trata de explicarlas.

TEÑIDO DE TELAS CON ROJO PARA 1) Tinción de fibras con el colorante ya preparado por la técnica de colorante disperso Ponga 30 mL de agua en un vaso de precipitados de 150 mL y añádales cuidadosamente 3 gotas de ácido sulfú-rico concentrado. Añada al vaso alrededor de 50 mg del Rojo Para sintetizado y caliente esta mezcla casi a ebullición. Sumerja en esta dispersión, todos al mismo tiempo, los cuadros de 3 cm por lado de las varias telas de las siguientes fibras: lana, acrílico, poliéster, nylon, algodón y acetato (algunas de las telas son convinacio-nes de fibras). Después de 5-10 min. retire las telas y enjuáguelas abundantemente y déjelas secar. Observe y registre los resultados.

¿Por qué la tinción se hace en caliente? ¿Para qué crees que se acidifique? ¿Puede este ácido dañar a las telas?

2) Tinción de fibras con el colorante azo impregnado durante su síntesis (revelado) Solución A. Ponga 125 mg de p-nitroanilina y 10 mL de solución de ácido clorhídrico al 2 % en un vaso de precipitados de 50 mL y caliente hasta que la mayor parte de la p-nitroanilina se haya disuelto. Enfríe la solución a menos de 5oC en un baño de hielo-agua-sal (como baño use un vaso de precipitados de 150 mL). En un tubo de ensaye ponga 2.52 mL de solución al 2.5% (63 mg/2.52 mL) de nitrito de sodio en agua destilada midiendo con una "microbureta" y enfríela en el baño de hielo a menos de 5�C. Con una pipeta Pasteur añada la solución de nitrito a la solución de cloruro de p-nitroanilinio, agitando bien y controlando la velocidad de la adición para que la temperatura se mantenga abajo de 5oC. Deje la mezcla en el baño de hielo mientras prepara la solución B.

En la síntesis anterior se uso H2SO4 en lugar de HCl. ¿Esta diferencia es significativa? En la síntesis anterior se llevó un control muy cuidadoso de la temperatura. ¿Por qué en esta técnica no es necesario?



Solución B. Ponga 25 mL de agua en un vaso de precipitados de 50 mL y añada, agitando, 100 mg de ß-naftol. Con una pipeta Pasteur añada al vaso una solución de hidróxido de sodio al 10 %, gota a gota y sin dejar de agitar, hasta que la mayor parte del ß-naftol se haya disuelto. Es importante no añadir demasiada base, ya que varias de las fibras pueden dañarse bajo condiciones fuertemente alcalinas. Sumerja en esta solución B simultáneamente nuevos cuadros de 3 cm por lado de los mismos tipos de telas usados en la primera tinción y déjelos remojar por 5 min. Remueva las telas y séquelas ligeramente colocándolas entre toallas de papel. A continuación, diluya la solución A con 20 mL de agua de hielo y sumerja en ella las telas removidas de la solución B. Después de 5-10 min. retire las telas y enjuáguelas abundantemente y déjelas secar. Observe y registre los resultados y compárelos con los resultados obtenidos en la tinción directa con el rojo para sinteti-zado. Ponga su producto en una bolsita de plástico y engrápelo a su reporte. Engrape también las telas teñidas en los dos experimentos de tinción.

¿Qué tipos de grupos funcionales hay en las fibras que puedan reaccionar con la base? ¿Por qué es importante poner todas las telas al mismo tiempo? ¿Por qué esta tinción se hace con la mezcla helada en lugar de calentar como en la tinción directa?



CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. Haz una tabla que incluya:

a) Las 12 formas de aplicación de los colorantes. b) El uso(s) principal(es) de cada una. c) Las propiededes físicas o químicas necesarias para ese uso o forma de aplicación. d) Las características estructurales o grupos funcionales necesarios para tener esas propiedades.

Por ejemplo:

FORMA DE APLICACION

USOS PRINCIPALES

EN TEÑIDO DE

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS

CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES

Y GRUPOS

COLORANTES ACIDOS

fibras proteícas: lana, seda y nylon piel y papel

solubles en agua insolubles en ácidos forman enlaces iónicos (sales) con grupos del sustrato en medio ácido

sales de sodio de ácidos sulfónicos: colorante-SO3

-Na+ + fibra-NH3

+ ──> fibra-NH3

+ -O3S-color.

2. ¿Cuáles son las características estructurales esenciales para que un compuesto orgánico sea colorido? 3. ¿Cuál es la principal diferencia entre un colorante y un pigmento? 4. ¿Por qué la adherencia al sustrato es tan importante en los colorantes (por eso hay 12 formas diferentes de

aplicación) y no en los pigmentos? 5. ¿Cuáles son los resultados predecibles de la tinción con el rojo para impregnado, comparados con la tinción

directa? 6. ¿Cuáles de las fibras que se van a usar esperas que se tiñan mejor y cuáles peor con el rojo para?

CUESTIONARIO DE POSTLABORATORIO 1. En la síntesis de este colorante en escala convencional de laboratorio (5 g de p-nitroanilina) el control de la

temperatura presenta bastante dificultad y hace que las adiciones del nitrito al bisulfato de p-nitroanilinio y de la sal de diazonio al naftóxido tengan que ser extraordinariamente lentas. Por otra parte, el control del pH ácido no presenta ningún problema. Compara estos datos con tus experiencias al realizar esta práctica en microescala, analizando y explicando las diferencias. Crees que te sería útil haber realizado esta práctica si llegaras a trabajar en este campo?

2. ¿Sería adecuado resolver el problema de mantener el pH ácido durante toda la reacción de diazoación añadiendo

desde el principio un gran exceso de ácido sulfúrico?



3. Dibuja la estructura de los colorantes azo que se formarían de los siguientes compuestos:

4. Empezando con la amina aromática adecuada y todos los otros reactivos orgánicos o inorgánicos necesarios, indica una secuencia sintética para la preparación de los siguientes colorantes:

5. ¿Por qué el siguiente colorante azo no puede ser preparado directamente por una reacción de acoplamiento?

6. ¿Cuál es la principal característica de los colorantes azo que causa que sean compuestos coloridos? ¿Qué pasaría si el doble enlace de la unión azo fuera convertido a un enlace sencillo?

7. Compara tu diagrama de flujo para la síntesis en microescala de un colorante monoazo con el diagrama de flujo

para la fabricación en escala industrial (3500 Kg) del Negro mordente 17. ¿Qué similitudes y qué diferencias te parecen significativas? Una vez hecha la comparación te parece que valida lo dicho sobre los procesos unitarios?

8. Analiza los espectros de IR de los reactivos: p-nitroanilina y ß-naftol y el producto: 1-[4-nitrofenilazo]-2-naftol e

indica cuales son las bandas características de los grupos funcionales en cada uno de ellos. En el espectro del producto analiza si falta alguna banda esperada y, si es así, trata de explicarlo.



REPORTE No olvides, junto con las preguntas de postlaboratorio incluir lo siguiente: a. Cálculos y rendimiento de la reacción (teórico, g obtenidos y %). b. Resultados, observaciones, comentarios y conclusiones sobre el desarrollo de la práctica, tanto en la parte de

síntesis como en los dos tipos de tinciones. c. Relee los objetivos y comenta sobre si crees que se hayan cumplido, qué faltó de cumplirse o si aprendiste algo no

incluido. d. Haz un resumen (máximo dos hojas) de aspectos del tema de la práctica, relacionados con tu carrera y que no estén

en el instructivo. Incluye la bibliografía. e. Entrega tu producto seco y debidamente envasado, sin envolverlo en papel, en una bolsita de plástico

transparente, que permita verlo, etiquetada y engrapada a tu reporte. Engrapa también los cuadros de telas teñidas, identificando la fibra y el tipo de tinción.

BIBLIOGRAFIA • Wittcoff, Harold A. y Reuben, Bryan G.; "Productos Químicos Orgánicos Industriales", Vol. 2. Tecnología,

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de México, 1988, pags. 912-923. • Kirk, R.E. and D.F. Othmer; "Encyclopedia of Chemical Technology", 3rd. ed., vol. 8, Wiley-Interscience, 1979,

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1989, pags. 657-674. • Mayo, Dana W., Pike, R. M. & Butcher S. S., "Microscale Organic Laboratory", 2nd. Ed., John Wiley, USA, 1989,

pags. 286-291. • Vogel, Arthur I., "Elementary Practical Organic Chemistry, Part 1: Small Scale Preparations", Longmans, 2nd. Ed.

1966, p. 293.


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