Эта увлекательная химия

Самый простой способ крашения — применение прямых красителей. Хлопчатобумажные и полушерстяные ткани просто погружают на какое-то время в водный раствор красителя. Гидроксилы и аминогруппы красителя образуют водородные связи с гидроксилами целлюлозы, что и удерживает краситель на материале.

Один из первых прямых красителей был получен в 1884 г. Беттигером из бензидина и нафтионовой кислоты. Он имеет, как, впрочем, многие красители, довольно сложную, громоздкую формулу:

Как видим, в состав этого красителя, называемого "конго красный", входят сульфогруппы. Они способствуют растворению вещества в воде. Многие красители получают из составляющих их соединений прямо на ткани.

Весьма обширно семейство азокрасителей. Они получаются реакцией азосочетания. Сначала из ароматического амина приготовляют действием азотистой кислоты соль диазония (1). Затем этой солью действуют на фенол или другой ароматический амин, в нашем случае — диметиланилин (2). Идет замещение водорода в пара-положении к диметиламиногруппе, и получается азокраситель:

Так получают прямые красители, например, конго красный; можно проводить азосочетание и прямо на ткани.

Рассмотрим на простейшей модели — аналоге метилового оранжевого (уберем из него сульфогруппу) — оптические свойства красителя. Почему это соединение окрашено?

Во-первых, как мы говорили, у него богатая система сопряжения: фенильное кольцо, двойная связь N=N, второе фенильное кольцо, диметиламиногруппа со свободной парой электронов. Далее, можно представить себе, что для этого соединения возможна хиноидная структура. Это изображается резонансом двух структур ("обоюдная" стрелка). Хиноидную структуру можно получить и в явном виде, присоединяя к красителю протон:

Действительно, в кислой среде окраска метилового оранжевого изменяется от желтой до красной — более ярко выраженная хиноидность углубляет цвет. На этом свойстве и основано применение метилового оранжевого в качестве кислотно-основного индикатора.

Азокрасители — далеко не единственные, получаемые прямо на ткани. Широко применяют такой способ. На волокна наносят смесь анилина, солянокислого анилина, бертолетовой соли или бихромата калия, а также катализатор (например, соль меди или ванадия). После этого ткань обрабатывают водяным паром. Образуется прекрасный краситель — анилиновый черный, представляющий собой продукт окисления анилина. Формула этого красителя окончательно еще не установлена, и мы не будем приводить здесь предполагаемые варианты.

Тот же принцип — окисление при крашении — применяется и в случае широко известного индиго. Перед крашением индиго восстанавливают (например, цинковой пылью) в так называемое белое индиго — неокрашенное, растворимое в щелочи вещество. Затем ткань пропитывают таким слабощелочным раствором и выносят на воздух. При окислении образуется нерастворимое синее индиго, которое и есть краситель:

Еще один вид красителей, получаемых прямо на ткани, — протравные. Сначала ткань протравливают раствором соли металла, затем пропитывают раствором органического вещества, которое образует с этим металлом устойчивый, красиво окрашенный комплекс. Наиболее известный краситель такого типа — ализарин- дает с алюминием красный лак, с хромом — темно-фиолетовый.

Любому школьнику, начавшему заниматься химией, знаком фенолфталеин — индикатор на щелочь. Получают фенолфталеин, нагревая фталевый ангидрид и фенол с серной кислотой. Это очень любопытное вещество. В нейтральной и кислой среде оно бесцветно. Но стоит прибавить к его раствору немного щелочи, как появляется малиновое окрашивание. Причины этого нам уже известны — образование хиноидной структуры.

Если в той же реакции конденсации вместо фенола взять двухатомный фенол резорцин, получится исключительно красивый, флуоресцирующий желтым с зеленоватым оттенком краситель, названный флуоресцеином:

Вообще, соединения, содержащие у одного атома углерода три фенильных кольца, представляют собой обширную группу трифенилметановых красителей. Они получаются конденсацией ароматических альдегидов с ароматическими же аминами. Сюда относятся известные красители малахитовый зеленый, фуксин, кристаллический фиолетовый. В их структурах легко выявляется хиноидный фрагмент и ест возможность для делокализации заряда. Приведем для примера две возможные формулы кристаллического фиолетового, в которых заряд "сидит" на мета* новом атоме углерода и на одном из атомов азота:

Химия и свет

Мы уже упоминали, что если молекула поглощает квант энергии, один из путей освобождения от этой энергии состоит в химическом превращении. Избыточная энергия приводит к активации молекулы, ее переходу в возбужденное состояние; теперь молекула может вступать в реакции, которые для нее недоступны в ее основном, невозбужденном состоянии.