Universitatea Politehnica BucurestiFacultatea de Chimie Aplicata si Stiinta Materialelor

Student: Chirosca Anamaria-Alexandra

Sectia: CISOPC, anul IV

INDIGO

Coloranții sunt substanțe organice naturale sau sintetice colorate, care absorb lumina in domeniul vizibil al spectrului. Culoarea substanțelor se datorează prezenței în moleculă a unor grupe de atomi, numite grupe cromofore sau cromofori, care absorb selectiv diferite radiații ale luminii, fiecărui cromofor corespunzându-i una sau mai multe benzi de absorbție in spectrul vizibil. În molecula unui colorant este necesar sa se afle, pe lângă un schelet format din nuclee aromatice, grupe cromofore și grupe auxocrome. Acestea au rolul de a întări culoarea cromogenului și de a favoriza fixarea lui pe diferite materiale. [3]

INTRODUCERE

Colorantul indigo are o istorie lungă și fascinantă. Procesul de vopsire cu indigo natural, obținut din plante, cum ar fi Planta de indigo, datează de acum 4000 de ani. Aplicarea acestuia în fibre a continuat și în secolul al XIX-lea. Oamenii de știință au dezvoltat un deosebit interes pentru molecula de indigo care este de culoare albastră. Explicația se bazează pe faptul ca exista un mic decalaj între cel mai înalt orbital molecular ocupat si cel mai scăzut orbital molecular neocupat. Lucrarea științifică a lui Klessinger și Luettke a ilustrat în mod clar faptul că cromogenul în indigo prezintă o conjugare încrucișată a H-cromoforului, ceea ce conduce la decalajul neobișnuit de mic de HOMO-LUMO, menționat anterior. Acest decalaj poate fi redus de factori care stabilizează orbitalul molecular neocupat, cum ar fi solvatarea sau prezența unor legături de hidrogen intermoleculare. Acest lucru ar duce la absorbția unor lungimi de undă mai lungi a luminii( conducând la o schimbare batocromă sau la roșu), ceea ce face ca molecula sa apara mai albastra. Von Eller a explicat culoarea albastră a indigoului pe baza analizei structurii de raze X cu un singur cristal. Ea a menționat că indigoul în stare de agregare solidă prin legături de hidrogen intermoleculare, provoacă o absorbție de culoare roșie a luminii în comparație cu cea a unei singure molecule. [3]

EXTRACȚIE

Precursorul indigoului este indican, un derivat incolor, solubil în apă din aminoacidul triptofan. Indicanul hidrolizează ușor pentru a elibera β-D-glucoză și indoxil. Prin oxidarea datorită expunerii la aer se transformă indoxil în indigo. Indicanul s-a obținut din prelucrarea frunzelor plantei, care conțin nu mai puțin de 0.2-0.8% din acest compus.

Frunzele au fost înmuiate în apă și supuse fermentării pentru a transforma glicozida indican prezent în plantă la colorantul albastru indigotin.

Precipitatul din soluția frunzelor fermentate a fost amestecat cu o bază tare cum ar fi leșie, presat, uscat, sub formă de pulbere. Pulberea a fost amestecată cu diverse substanțe pentru a forma diverse nuanțe de albastru si violet. [1]

PROPRIETĂȚI CHIMICE

Indigoul este o pulbere cristalină de culoare albastră care are punctul de sublimare la 390-392 ⁰C. Este insolubil în apă, alcool sau eter, dar solubil în dimetil sulfoxid, nitrobenzen și în acid sulfuric concentrat. Formula chimică a indigoului este C16H10N2O2.

Molecula absoarbe lumină în partea portocalie a spectrului(λmax = 613 nm). Compusul datorează culoarea profundă conjugării dublelor legături, adică legăturile duble din moleculă sunt adiacente și molecula este plană. [1]

SINTEZĂ CHIMICĂ

Având în vedere importanța sa economică, indigoul a fost pregătit prin mai multe metode. Sinteza indigo Baeyer-Drewson datează din 1882. Implică o condensare aldolică a orto-nitrobenzaldehidei cu acetona, urmată de o ciclizare și dimerizare oxidativă la indigo. Acest traseu este extrem de util pentru obținerea indigoului si a derivațiilor săi la scara de laborator, fiind imposibilă sinteza la nivel industrial. Primul traseu practic industrial se remarcă în 1901-Pfleger. În acest proces, N-fenilglicina este tratată cu un amestec în stare de topitură care conține hidroxid de Sodiu, hidroxid de Potasiu si sodamide. Această topitură, extrem de sensibilă formează indoxil, care ulterior este oxidat în aer și formează indigo. Variante ale acestei metode sunt înca în uz azi. O cale alternativă și de asemenea viabilă spre indigo este creditată lui Heumann în 1897. Aceasta implică încălzirea lui N-(2-carboxifenil)glicină la 200 ⁰C în atmosferă inertă cu hidroxid de Sodiu. Procesul este mai ușor decât metoda Pfleger, dar precursorii sunt mai scumpi. Este generat acidul indoxil-2-carboxilic. Acest material se decarboxilează ușor pentru a da indoxil, care se oxidează în aer, cu formare de indigo. [1]

OBȚINERE

În procesul chimic standard N-fenilglicina este fuzionată cu amida de sodiu în condiții alcaline anhidre, la 200 ° C pentru a forma indigo insolubil prin formare de indoxil în timpul procesului de oxidare cu aer. În metoda de vopsire cu indigo chimic prezentată în Fig. 1(A), indigoul insolubil produs este redus mai întâi la leucoindigo solubil în apă sau indigo alb, prin tratarea cu ditionit de sodiu (Na2S2O4) iar materialul textil este apoi cufundat în soluția de leucoindigo după care este lăsat să intre în contact cu aerul pentru a converti leucoindigo la indigo în industria textilă. Cu toate acestea, metoda chimică implică utilizarea de substanțe chimice periculoase, formarea de produse secundare, poluarea mediului, fiind mare consumatoare de energie. Din acest motiv, cererea de vopsele pe bază de indigo natural a fost din nou în creștere.

Indigoul natural este produs prin fermentarea frunzelor plantelor purtătoare de indigo, așa cum se arată în Fig.1(B). In timpul fermentației, indican din frunze este hidrolizat pentru a forma indoxil și glucoză prin acțiunea de endogen β-glucozidaza și este ulterior oxidat pentru a forma indigo prin contact cu aerul. Rezultatul de indigo insolubil este transformat în leucoindigo solubil în soluții alcaline în principal, prin fermentație. Materialul textil este apoi cufundat în soluția de leucoindigo preparată, urmată de oxidare cu aer, pentru a forma din nou indigo pentru / în industria textilă pentru vopsire. Metodele și condițiile de fermentatie utilizate la prepararea indigoului și leucoindigoului variază în diferite regiuni din lume unde numeroși factori empirici sunt implicați, cu baze științifice insuficiente. În special, metoda tradițională de vopsire japoneza, folosind frunze de plante purtătoare de indigo de P. tinctoria este foarte artistica. Frunze de plante de indigo sunt mai întâi fermentate timp de aproximativ 100 de zile, pentru a produce frunze fermentate numite "Sukumo"(9), si indigoul conținut în “sukumo” este apoi transformat în leucoindigo prin fermentare cu bacterii reducătoare de indigo alkaliphilic (10) pentru procesul de vopsire cu indigo. Există, de asemenea, o metodă non-fermentare numita "Namaba-zome" în Japonia (9), ceea ce înseamnă o metodă de vopsire în care se utilizează frunzele purtătoare indigo proaspete. În această metodă, indicanul extras din frunzele plantelor indigo este hidrolizat utilizând o porțiune a frunzelor inclusiv endogenul β-glucozidaza pentru folosit la vopsirea textilelor.

FIG. 1.

În aceste proceduri de vopsire cu indigo B, ar fi de așteptat ca introducerea unor metode biotehnologice, cu o bază științifică ar duce la îmbunătățiri drastice în metoda tradițională de vopsire cu indigo. Scopul acestui studiu a fost de a dezvolta o metodă extrem de eficientă pentru vopsirea textilelor cu indigo folosind indoxil preparat de enzima imbobilizată prin hidroliză catalizată de indican. Așa cum se arată în Fig. 1 (C), în această metodă, indicanul este primul hidrolizat pentru indoxil la un pH acid 3 pentru a reprima conversia indoxil la indigo, materialul textil este apoi scufundat în soluția de indoxil preparată, urmată de o expunere în timp scurt la vapori de amoniac pentru vopsirea în industria textilă. În acest scop, am ales o β-glucozidaza Aspergillus niger, care arată o activitate ridicată și care a fost stabilă la un pH acid. Ne-a purificat enzima și a imobilizat-o pe un suport poros pentru a efectua rânduri repetate și hidrolize continue de indican pentru a produce indoxil. În cele din urmă, am testat noua metoda de a vopsi unele probe de textile. [2]

DERIVATI

Inelele de benzen în indigo pot fi modificate pentru a se obține o varietate de coloranți aferente. Tioindigo, unde cele două grupuri NH sunt înlocuite cu atomi de S, este roșu închis. Tyrian violet este un colorant violet mat care este secretat de un melc

mediteranean. Acesta a fost foarte apreciat în antichitate. În 1909, structura sa a fost dovedita a fi 6,6'-dibromoindigo.

Acesta nu a fost produs în scop comercial. Indigoul și derivații săi cu legaturi intra- și intermoleculare au o solubilitate foarte scăzuta în solvenți organici. Ei pot fi solubili cu ajutorul unor grupe protectoare cum ar fi gruparea terț-butoxicarbonil, care suprimă legarea intermoleculară.

Tratamentul cu acid sulfuric transformă indigoul într-un derivat albastru-verde numit indigo carmin (indigo sulfonat). A devenit disponibil la mijlocul secolului al XVIII-lea. Acesta este utilizat ca un colorant pentru produse alimentare, produse farmaceutice si cosmetice. [1]

UTILIZĂRI

a)  Florile uscate și măcinate de indigo se mai folosesc la colorarea părului.b) Conferă o culoare frumoasă de albastru materialelorc) Pentru vopsired) Colorarea materialelor plastice, rășini, și produse din cauciuce) Industria chimică, farmaceutică, textilă [2] + [1]

BIBLIOGRAFIE

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Indigo_dye 2. Development of a highly efficient indigo dyeing method

using indican with an immobilized β-glucosidase from Aspergillus niger; http://www.sciencedirect.com

3. Singular thermochromic effects in dyeings with indigo, 6-bromoindigo,

and 6,6’-dibromoindigo; http://www.sciencedirect.com