STUDIU PRIVIND COLORANŢII ORGANICI 

                                                                               Prof. Sandu DianaColegiul Tehnic Energetic „Regele Ferdinand I” Timisoara

             Coloranţii organici sunt substanţe cu care ne întâlnim des în viaţa cotidiană. În ultima vreme se discută tot mai mult despre coloranţii alimentari sintetici şi la impactul acestora asupra organismului. Studiul se doreşte a fi o prezentare a coloranţilor organici, o clasificare a lor dupa compoziţia chimică şi proprietăţile tinctoriale, precum şi modul în care aceştia sunt folosiţi în industria chimică şi alimentară.

                                                                                                           Coloranţii sunt combinaţii organice, naturale sau sintetice, ele însele colorate, dar care au şi proprietatea de a colora. În prezent se folosesc la vopsirea ţesăturilor, a lacurilor şi a preparatelor biologice etc, în general, coloranţii obţinuţi prin sinteza chimică.            În trecut, pentru vopsire erau folosiţi numai coloranţi naturali, obţinuţi din plante şi anumite organisme animale. De exemplu, din insectele numite coşenile se extrăgea carminul, un colorant roşu. Dintr-o moluscă marină, Murex branderis, se extrăgea purpura. Din planta Rubia tinctorum sau roibă ori garanţă se obţinea alizarina, un colorant roşu; din plantele Indigo tinctoria şi Isatis tinctoria, un colorant albastru, indigoul. Pentru colorarea lânei în negru se folosea un colorant obţinut din lemnul plantei Hematoxylon campechianum, din Mexic. Turnesolul sau lacsumul, indicator cunoscut, se obţinea din nişte licheni, Rocella tinctoria. Safranul (şofran), de culoare galbenă, se extrăgea din plantaCrocus sativus.            Astăzi, cultura plantelor de roiba, indigoul şi altele au încetat, deoarece substanţele colorate de sinteză sunt mai ieftine şi au depăşit pe cele naturale, prin varietatea nuanţelor şi prin intensitatea lor.            Pentru ca o moleculă organică să posede o culoare proprie bine definită, ea trebuie să includă în structură grupe de atomi, numite grupe cromofore sau cromofori. Principalele grupe cromofore sunt: nitrozo (-N=O), nitro (-NO2), azo (-N=N-), oxo ( ), polienă ( ). În general, existenţa culorii este legată de prezenţa dublelor legături conjugate într-o moleculă.            Substanţele care conţin în molecula lor unul sau mai mulţi cromofori se numesc cromogene şi sunt colorate. Pentru ca o substanţă colorată să devină şi colorantă (să poată colora la rândul ei), trebuie să conţină în moleculă, pe lîngă cromofori şi alte grupe, numite auxocrome, ce produc o închidere şi o intensificare foarte puternică a culorii. Principalele grupe auxocrome sunt: amino primară, secundară şi terţiară ( -NH2, -NH-R,   -NR2) şi hidroxifenolice (Ar-OH).            Procedeele de colorare de diferenţiază după structura coloranţilor şi după natura fibrelor textile. Procesul de colorare în industria textilă este supus unui

echilibru care se instalează între colorantul din flotă şi cel fixat pe fibră. Forţele care contribuie la fixarea colorantului pe material sunt atât fizice, cât şi chimice. Viteza de difuziune a colorantului este influenţată de temperatură şi de conţinutul în electrolit al flotei.            Procesele fizice care contribuie la fixarea colorantului pe fibră şi care preced procesele chimice sunt adsorbţia şi absorbţia. Astfel, adsorbţia reprezintă fenomenul fizic propriu fixării coloranţilor hidrofili, iar absorbţia este fenomenul fizic care caracterizează coloranţii hidrofobi (de dispersie).            Fixarea chimică propriu-zisă a colorantului se realizează prin legături ionice, legături de hidrogen şi legături covalente.            Principalele grupe de coloranţi            I. După compoziţia chimică, coloranţii organici de sinteză se clasifică în mai multe grupe, printre care se menţionează: coloranţii azoici, coloranţii trifenil-metanici, coloranţii naftochinonici, cei antrachinonici, coloranţii heterociclici, coloranţii cu sulf.            a) Coloranţii azoici se numesc astfel pentru că au în molecula lor grupa azo: -N=N- Coloranţii azoici se prepară pornind de la anilină care reacţionează cu acidul azotos (reacţie de diazotare): 

            Clorura de diazoniu formată reacţionează cu anilina (reacţie de cuplare):              Prin transpoziţie moleculară se produce izomerizarea diazoaminobenzenului, trecând în p-aminobenzen (galben de anilină):            Din această clasă de compuşi fac parte şi negrul de anilină, oranj I, oranj II, roşu rezistent A, roşu de Congo, galbenul Hansa etc.            Coloranţii azoici prezintă foarte multe nuanţe, sunt ieftini, fiind cei mai întrebuinţaţi coloranţi sintetici. Un colorant azoic, numit prontosil roşu, are acţiune bactericidă şi se foloseşte ca medicament.            b) Coloranţii trifenilmetanici. Din această clasă de coloranţi fac parte fuxina, aurina, cristal-violetul, albastru de anilină, verdele-malachit, metilvioletul, fenolftaleina etc.            Fuxina, solubilă în apă, are o culoare roşie-intensă şi serveşte la colorări biologice în laborator, la colorarea mătăsii, lânii şi bumbacului, precum şi la prepararea albastrului de anilină.            Cristal-violetul este folosit la fabricarea cernelii, a creioanelor violete şi pentru colorări biologice.            Fenoftaleina serveşte ca indicator.            Aurina serveşte la colorarea hârtiei. Este un colorant trifenilmetanic acid.            c) Coloranţii antrachinonici sunt derivaţi de la antrachinonă. Din această categorie fac parte: Alizarina, albastru de alizarină, acidul carminic, roşul indantren, indantren-bordeaux B etc.            Alizarina cristalizează în ace roşii-potocalii. Se dizolvă în alcool şi eter, iar în apă este aproape insolubilă. Cu NaOH dă o soluţie violetă. Cu oxidul de fier dă un lac colorat violet; cu oxidul de aluminiu un lac colorat roşu. Atât lâna cât şi mătasea sunt vopsite cu alizarină cu ajutorul acestor oxizi, obţinându-se culori

frumoase şi trainice. Alizarina este un colorant de mordansare. Albastrul indantren este un colorant de cadă.            Coloranţii indantrenici se caracterizează printr-o mare rezistenţă, depăşind chiar rezistenţa ăn timp a ţesăturilor vopsite de ei.            d) Coloranţii de sulf sunt amestecuri de compuşi cu moleculă mare rezultate prin încălzirea unor substanţe organice (amine, nitroderivaţi aromatici, nitro- şi nitroyofenoli etc.) cu sulf sau polisulfură de sodiu. Sunt ieftini şi rezistenţi la lumină şi la spălat. De exemplu, negrul de sulf, T este folosit la vopsirea bumbacului.              II. După proprietăţile lor tinctoriale, coloranţii se clasifică în: coloranţi acizi, bazici, substantivi, de mordansare, de cadă şi de developare.            a) Coloranţii acizi conţin în molecula lor una sau mai multe grupe –SO3H, datorită cărora au însuşiri acide şi sunt solubili în apă. Cu ei se vopsesc mătasea, fibrele poliamidice, lână etc. Mulţi coloranţi acizi aparţin coloranţilor azoici, trifenilmetanici şi antrachinonici.            b) Coloranţii bazici conţin grupa –NH2 şi sunt utilizaţi fie sub forma de săruri ale acizilor: clorhidric, oxalic, acetic (când sunt solubili în apă) sau ca baze libere (insolubili în apă). Cu aceşti coloranţi sunt vopsite: lâna, mătasea, pielea etc.            Coloranţii bazici sunt cei care pătrund uşor şi se acumulează în celulele vii. Coloranţii acizi pătrund mai greu şi nu colorează decât ţesuturile şi celulele animale; în celulele vegetale nu pătrund, în afară de câteva excepţii.            c) Coloranţii substantivi (direcţi) sunt folosiţi la vopsire fără ajutorul altor substanţe (mordanţi), mecanismul vopsirii cu ei explicându-se prin formarea de legături de hidrogen. Cei mai întrebuinţaţi coloranţi substantivi aparţin clasei coloranţilor azoici.            d) Coloranţii de mordansare sunt produse insolubile în apă, care posedă în moleculă anumite grupări capabile să complexeze cu metale tranziţionale şi care nu se pot fixa pe materiale celulozice sau proteice, decât după ce în prealabil au depus pe acestea un mordant (oxid sau hidroxid metalic). Ca mordant poate fi folosit şi taninul.            La vopsirea cu mordanţi, trebuie să se ţină seama că aceştia pot modifica culoarea, deoarece mordantul poate reacţiona cu substanţa colorantă. În urma unei astfel de reacţii, în interiorul fibrei se formează o sare insolubilă, numită lac; de aceea, vopseaua nu mai iese la spălat.            e) Coloranţii de cadă nu sunt solubili în apă, astfel încât pentru a fi folosiţi la vopsit sunt mai întâi reduşi în mediu alcalin, într-o substanţă fără culoare, solubilă în apă, care se numeşte "leucoderivat". Soluţia care conţine leucoderivatuol, numită "cadă", este folosită la vopsit. Ţesătura se introduce în cadă, unde absoarbe leucoderivatul, apoi este scoasă din cadă şi întinsă pentru a fi supusă acţiunii oxigenului din aer, care oxidează leucoderivatul trecându-l în colorantul respectiv, insolubil, care se formează chiar pe fibră.            f) Coloranţii de developare sunt aceia care iau naştere chiar pe fibră, atunci când este vopsită. Din această categorie face parte negrul de anilină, format pe fibre de bumbac în urma oxidării anilinei.

            Coloranţii alimentari sunt substanţe care redau sau intensifică culoarea produselor alimentare. Ei pot fi constituenţi naturali ai produselor alimentare sau alţi compuşi naturali, care în mod normal nu sunt consumaţi ca alimente.            Coloranţii alimentari sunt folosiţi în scop comercial, deoarece culoarea lasă impresia unei calităţi mai bune şi stimulează apetitul. Sunt utilizaţi în: dulciuri, îngheţate, limonade, margarină, brânză şi în diverse produse din carne.            Criteriile de clasificare sunt în funcţie de provenienţa lor: naturali şi sintetici sau de culoarea pe care o prezintă şi o imprimă produselor (galben, oranj, albastru, verde,brun etc.).            a) Coloranţii alimentari naturali sunt substanţe complexe, obţinute prin extracţie din planta întreagă sau din diferite părţi ale acesteia. Produşii obţinuţi au proprietăţi tinctoriale bune, fiind solubili în apă sau grăsimi. Coloranţii naturali au însă dezavantajul că nu sunt rezistenţi la tratament termic şi, ca atare, utilizarea lor este limitată.             În cazul clorofilei şi a colorantului din sfeclă de varză (suc de sfeclă sau varză), se poate imprima produsului alimentar şi gust caracteristic colorantului, dacă adaosul este suficient de mare.            Clorofila este colorantul verde din plante şi este folosit şi drept colorant alimentar verde smarald de mare intensitate. Ea este un complex de magneziu cu un ligand heterociclic. Dacă la prepararea produselor alimentare verzi (murături, dulceaţă de caise verzi, nuci verzi) se adaugă un cristal de CuSO4, acesta induce o culoare verde strălucitoare, datorată formării complexului de cupru cu clorofila.

      -carotenul tinde să fie tot mai mult perceput ca un nutritiv esenţial, care în plus are şi proprietăţi colorante. Este unul dintre cei mai folosiţi coloranţi în produsele alimentare. Există în mod natural în legume şi fructe dar a fost obţinut şi prin sinteză, având compoziţie chimică similară celui natural. Odată consumată, substanţa este convertită în vitamina A şi are calităţi antioxidante. -carotenul se adaugă în laptele folosit pentru obţinerea brânzei. În funcţie de culoarea dorită, se adaugă o cantitate de 6-30 g pentru 1000 kg de brânză. În pastele făinoase se recomandă o doză de -caroten de 25-100 mg/ kg făină. Prin utilizarea cantităţilor diferite de -caroten se obţine o gamă de culori de la galben la portocaliu.            Şofranul este o plantă cu florile albastre-violacee. Din şofran se extrag uleiuri eterice şi alte substanţe care sunt folosite drept condiment şi colorant alimentar. El este folosit şi în cosmetică la obţinerea unor rujuri. Practic, şofranul este mirodenia cea mai scumpă din lume: din 200 de flori uscate se obţine de-abia un gram de şofran (staminele florii).            b) Coloranţii alimentari sintetici sunt cei mai folosiţi în industria alimentară. Un exemplu de colorant alimentar sintetic este caramelul obţinut din porumb, trestie de zahăr sau prin simpla topire a zahărului şi a altor zaharuri în condiţii speciale. Ei sunt indicaţi pe etichetele produselor alimentare sub numele de cod care urmează literei E. Exemple: E 104(galben de chinolină), E 123 (azorubin - roşu), E 132 (indigotin - albastru), E 140 (clorofilă - verde), E 160 a (carotină - galben), E 160 s (licopină - oranj). Acest mod de simbolizare ajută consumatorii în recunoaşterea aditivilor în alimente, indiferent de limba în care este redactată, garantând astfel că aceştia fac parte din lista celor autorizaţi.