colorante indaco - Indigo dye

Indaco
Grumo di colorante indaco indiano
Formula scheletrica di colorante indaco
Modello a sfera e bastoncino della molecola del colorante indaco
nomi
Nome IUPAC preferito
[2(2′) E ]-[2,2′-Biindoliliden]-3,3′(1 H ,1′ H )-dione
Altri nomi
2,2'-bis(2,3-diidro-3- ossoindoliliden), indigotina
Identificatori
Modello 3D ( JSmol )
ChEMBL
ChemSpider
Scheda informativa dell'ECHA 100.006.898 Modificalo su Wikidata
Numero RTECS
UNII
  • InChI=1S/C16H10N2O2/c19-15-9-5-1-3-7-11(9)17-13(15)14-16(20)10-6-2-4-8-12(10) 18-14/h1-8,17-18H/b14-13+ dai un'occhiata
    Legenda: COHYTHOBJLSHDF-BUHFOSPRSA-N dai un'occhiata
  • InChI=1/C16H10N2O2/c19-15-9-5-1-3-7-11(9)17-13(15)14-16(20)10-6-2-4-8-12(10) 18-14/h1-8,17-18H/b14-13+
    Legenda: COHYTHOBJLSHDF-BUHFOSPRBQ
  • c1ccc2c(c1)C(=O)/C(=C\3/C(=O)c4ccccc4N3)/N2
Proprietà
C 16 H 10 N 2 O 2
Massa molare 262,27 g/mol
Aspetto esteriore polvere cristallina blu scuro
Densità 1.199 g/cm 3
Punto di fusione da 390 a 392 °C (da 734 a 738 °F; da 663 a 665 K)
Punto di ebollizione si decompone
990 µg/L (a 25 °C)
Pericoli
207-586-9
Frasi R (obsolete) R36/37/38
Frasi S (obsolete) S26 - S36
Composti correlati
Composti correlati
Indoxil
Tyrian viola
Indican
Salvo indicazione contraria, i dati sono forniti per i materiali nel loro stato standard (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Riferimenti alla casella informativa

Il colorante indaco è un composto organico con un caratteristico colore blu . Storicamente l'indaco era un colorante naturale estratto dalle foglie di alcune piante del genere Indigofera , in particolare Indigofera tinctoria ; le piante di Indigofera portatrici di tintura erano comunemente coltivate e utilizzate in tutto il mondo, in particolare in Asia, come coltura importante, con la produzione di colorante indaco economicamente importante a causa della precedente rarità storicamente di alcuni coloranti blu.

La maggior parte della tintura indaco prodotta oggi è sintetica , che costituisce diverse migliaia di tonnellate ogni anno. È più comunemente associato alla produzione di tessuto denim e blue jeans , dove le sue proprietà consentono di applicare rapidamente effetti come il lavaggio con pietre e il lavaggio con acido .

Usi

colorante indaco

L'uso primario dell'indaco è come colorante per filati di cotone, utilizzato principalmente nella produzione di tessuto denim adatto per blue jeans; in media, un paio di blue jeans richiede solo da 3 grammi (0,11 once) a 12 grammi (0,42 once) di colorante. Quantità minori vengono utilizzate nella tintura della lana e della seta.

L'indaco carminio , noto anche come indaco, è un derivato dell'indaco utilizzato anche come colorante. Ogni anno vengono prodotte circa 20mila tonnellate, sempre principalmente per la produzione di blue jeans. È anche usato come colorante alimentare ed è elencato negli Stati Uniti come FD&C Blue No. 2.

Fonti

Fonti naturali

Una varietà di piante ha fornito l'indaco nel corso della storia, ma la maggior parte dell'indaco naturale è stata ottenuta da quelle del genere Indigofera , che sono originarie dei tropici, in particolare del subcontinente indiano. La principale specie di indaco commerciale in Asia era il vero indaco ( Indigofera tinctoria , noto anche come I. sumatrana ). Un'alternativa comune utilizzata nelle località subtropicali relativamente più fredde come le isole Ryukyu e Taiwan in Giappone è Strobilanthes cusia .

Fino all'introduzione delle specie Indigofera dal sud, Polygonum tinctorum ( Poligono del tintore ) era il colorante blu più importante dell'Asia orientale; tuttavia, il raccolto produceva meno colorante rispetto al raccolto medio di indaco, e fu rapidamente superato in termini di favore per la più economica Indigofera tinctoria . In Centro e Sud America la specie coltivata è Indigofera suffruticosa , detta anche anil , e in India una specie importante era Indigofera arrecta , Natal indigo. In Europa, Isatis tinctoria , comunemente noto come guado , era usato per tingere di blu i tessuti, contenenti gli stessi composti coloranti dell'indaco, detto anche indaco.

Diverse piante contengono indaco, che, se esposto a una fonte ossidante come l'ossigeno atmosferico, reagisce per produrre colorante indaco; tuttavia, le concentrazioni relativamente basse di indaco in queste piante le rendono difficili da lavorare, con il colore più facilmente contaminato da altre sostanze coloranti presenti anche in queste piante, portando in genere a una sfumatura verdastra.

Il precursore dell'indaco è l' indican , un derivato incolore e solubile in acqua dell'aminoacido triptofano . Indican idrolizza prontamente per rilasciare β-D- glucosio e indoxyl . L'ossidazione per esposizione all'aria converte l'indoxil in indigotina, la sostanza chimica blu insolubile che è l'endpoint del colorante indaco. L'Indican è stato ottenuto dalla lavorazione delle foglie della pianta, che contengono fino allo 0,2-0,8% di questo composto. Le foglie sono state messe a bagno in acqua e fatte fermentare per convertire il glicoside indican presente nella pianta nel colorante blu indigotina . Precipitano dalla soluzione di foglie fermentate quando sono mescolate con una base forte come liscivia , pressate in torte, essiccate e polverizzate. La polvere è stata quindi miscelata con varie altre sostanze per produrre diverse tonalità di blu e viola.

Le fonti naturali di indaco includono anche i molluschi; la lumaca di mare Murex produce una miscela di indaco e 6,6'-dibromoindigo (rosso), che insieme producono una gamma di sfumature viola note come viola di Tiro . L'esposizione alla luce durante una parte del processo di tintura può convertire il dibromoindigo in indaco, determinando tonalità blu note come blu reale, viola giacinto o tekhelet .

Sintesi chimica

La sintesi di Heumann dell'indaco
La sintesi dell'indaco di Pfleger

Data la sua importanza economica, l'indaco è stato preparato con molti metodi. La sintesi dell'indaco Baeyer-Drewson risale al 1882. Implica una condensazione aldolica di o-nitrobenzaldeide con acetone, seguita da ciclizzazione e dimerizzazione ossidativa a indaco. Questo percorso è molto utile per ottenere l'indaco e molti dei suoi derivati ​​su scala di laboratorio, ma si è rivelato poco pratico per la sintesi su scala industriale. Johannes Pfleger e Karl Heumann ( de ) alla fine hanno inventato la sintesi della produzione di massa industriale.

Il primo metodo commercialmente pratico per produrre indaco è attribuito a Pfleger nel 1901. In questo processo, la N- fenilglicina viene trattata con una miscela fusa di idrossido di sodio , idrossido di potassio e sodamide . Questa fusione altamente sensibile produce indossile , che viene successivamente ossidato in aria per formare indaco. Variazioni di questo metodo sono ancora in uso oggi. Una via alternativa e anche praticabile all'indaco è attribuita a Heumann nel 1897. Implica il riscaldamento della N -(2-carbossifenil)glicina a 200 °C (392 °F) in un'atmosfera inerte con idrossido di sodio. Il processo è più semplice del metodo Pfleger, ma i precursori sono più costosi. Viene generato acido indossil-2-carbossilico. Questo materiale si decarbossila prontamente per dare indoxyl, che si ossida nell'aria per formare indaco. La preparazione del colorante indaco viene praticata nelle classi di laboratorio universitario secondo il percorso originale Baeyer-Drewsen.

Storia dell'indaco

Indigo, storica collezione di tinture dell'Università tecnica di Dresda , Germania

Il più antico tessuto conosciuto tinto indaco, datato a 6.000 anni fa, è stato scoperto a Huaca Prieta , in Perù. Molti paesi asiatici, come l' India , il Giappone e le nazioni del sud-est asiatico hanno usato per secoli l' indaco come colorante (in particolare la tintura per seta ). Il colorante era noto anche alle antiche civiltà della Mesopotamia , dell'Egitto , della Gran Bretagna , della Mesoamerica , del Perù , dell'Iran e dell'Africa occidentale . L'indaco veniva coltivato anche in India, che fu anche il primo grande centro per la sua produzione e lavorazione. La specie I. tinctoria è stata addomesticata in India. L'indaco, usato come colorante, arrivò ai Greci e ai Romani , dove era apprezzato come prodotto di lusso.

L'India era un fornitore primario di indaco per l'Europa già in epoca greco-romana. L'associazione dell'India con l'indaco si riflette nella parola greca per la tintura, indikón (Ἰνδικόν, indiano). I romani latinizzarono il termine to indicum , che passò in dialetto italiano e infine in inglese come parola indaco.

Torta di indaco, circa 2 cm

In Mesopotamia, una tavoletta cuneiforme neobabilonese del VII secolo a.C. dà una ricetta per la tintura della lana, dove la lana color lapislazzuli ( uqnatu ) viene prodotta per immersione e aerazione ripetute del panno. L'indaco è stato molto probabilmente importato dall'India. I romani usavano l'indaco come pigmento per la pittura e per scopi medicinali e cosmetici. Era un oggetto di lusso importato nel Mediterraneo dall'India da mercanti arabi.

L'indaco rimase una merce rara in Europa per tutto il Medioevo. È stato invece utilizzato un colorante chimicamente identico derivato dalla pianta del guado ( Isatis tinctoria ) . Alla fine del XV secolo, l' esploratore portoghese Vasco da Gama scoprì una rotta marittima per l'India. Ciò ha portato alla creazione di scambi diretti con l'India, le Isole delle Spezie , la Cina e il Giappone. Gli importatori potevano ora evitare i pesanti dazi imposti dagli intermediari persiani , levantini e greci e le lunghe e pericolose rotte terrestri che erano state utilizzate in precedenza. Di conseguenza, l'importazione e l'uso dell'indaco in Europa sono aumentati in modo significativo. Gran parte dell'indaco europeo dall'Asia è arrivato attraverso i porti del Portogallo, dei Paesi Bassi e dell'Inghilterra. Molte piantagioni di indaco sono state stabilite dalle potenze europee in climi tropicali. La Spagna ha importato la tintura dalle sue colonie in Centro e Sud America, ed è stata una coltura importante ad Haiti e in Giamaica, con gran parte o tutto il lavoro svolto da schiavi africani e afroamericani. Nell'era coloniale spagnola, la produzione intensiva di indaco per il mercato mondiale nella regione del moderno El Salvador comportava condizioni così malsane che la popolazione indigena locale, costretta a lavorare in condizioni pestilenziali, fu decimata. Le piantagioni di indaco prosperarono anche nelle Isole Vergini . Tuttavia, Francia e Germania hanno vietato l'importazione di indaco nel XVI secolo per proteggere l'industria locale della tintura di guado.

Tuareg che indossano il tagelmust . tinto indaco

L'indaco è stato il fondamento di tradizioni tessili secolari in tutta l'Africa occidentale. Dai nomadi tuareg del Sahara al Camerun , i vestiti tinti con l'indaco significavano ricchezza. Le donne tingevano la stoffa nella maggior parte delle aree, con gli Yoruba della Nigeria e i Mandinka del Mali particolarmente noti per la loro esperienza. Tra i tintori maschi Hausa , il lavoro nelle fosse di tintura comuni era la base della ricchezza dell'antica città di Kano , e si possono ancora vedere oggi esercitare il loro commercio nelle stesse fosse.

In Giappone, l'indaco divenne particolarmente importante durante il periodo Edo . Ciò era dovuto a una crescente industria tessile e perché ai cittadini comuni era stato vietato di indossare la seta, portando alla crescente coltivazione del cotone e, di conseguenza, dell'indaco, una delle poche sostanze in grado di tingerlo.

Newton usò "indaco" per descrivere uno dei due nuovi colori primari che aggiunse ai cinque che aveva originariamente nominato, nel suo resoconto riveduto dell'arcobaleno in Lectiones Opticae del 1675.

In Nord America, l'indaco è stato introdotto nella Carolina del Sud coloniale da Eliza Lucas , dove è diventato il secondo raccolto più importante della colonia (dopo il riso). Come principale coltura da esportazione, l'indaco ha sostenuto la schiavitù delle piantagioni lì. Nei numeri di maggio e giugno 1755 di The Gentleman's Magazine , apparve un resoconto dettagliato della coltivazione dell'indaco, accompagnato dai disegni delle attrezzature necessarie e da un budget potenziale per iniziare tale operazione, scritto dal piantatore della Carolina del Sud Charles Woodmason . In seguito è apparso come un libro. Nel 1775, la produzione di indaco nella Carolina del Sud superava 1.222.000 libbre. Quando Benjamin Franklin salpò per la Francia nel novembre 1776 per ottenere il sostegno della Francia per la guerra rivoluzionaria americana , a bordo della Reprisal c'erano 35 barili di indaco , la cui vendita avrebbe contribuito a finanziare lo sforzo bellico. Nel Nord America coloniale si trovano tre specie commercialmente importanti: l'autoctona I. caroliniana e le introdotte I. tinctoria e I. suffruticosa .

A causa del suo alto valore come merce di scambio, l'indaco veniva spesso definito oro blu.

I contadini in Bengala si ribellarono contro il trattamento ingiusto da parte delle Compagnia delle Indie Orientali commercianti / fioriere in quello che divenne noto come la rivolta Indigo nel 1859, durante il Raj britannico di dell'India . L'opera teatrale Nil Darpan di Dinabandhu Mitra si basa sulla schiavitù e sulla coltivazione forzata dell'indaco.

La domanda di indaco nel XIX secolo è indicata dal fatto che nel 1897, 7.000 km 2 (2.700 miglia quadrate) erano dedicati alla coltivazione di piante indicane, principalmente in India. In confronto, il paese del Lussemburgo è 2.586 km 2 (998 sq mi).

Sviluppo sintetico

Produzione di colorante indaco in uno stabilimento BASF (1890)

Nel 1865 il chimico tedesco Adolf von Baeyer iniziò a lavorare alla sintesi dell'indaco. Descrisse la sua prima sintesi di indaco nel 1878 (da isatin ) e una seconda sintesi nel 1880 (da 2-nitrobenzaldeide ). (Non fu fino al 1883 che Baeyer determinò finalmente la struttura dell'indaco.) La sintesi dell'indaco rimase impraticabile, quindi la ricerca di materiali di partenza alternativi a Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF) e Hoechst continuò. Johannes Pfleger e Karl Heumann alla fine hanno inventato la sintesi della produzione di massa industriale.

La sintesi di N-(2-carbossifenil)glicina dall'anilina facile da ottenere ha fornito un percorso nuovo ed economicamente interessante. BASF sviluppò un processo di produzione commercialmente fattibile che era in uso nel 1897, quando 19.000 tonnellate di indaco venivano prodotte da fonti vegetali. Questo era sceso a 1.000 tonnellate nel 1914 e ha continuato a contrarsi. Entro il 2011, 50.000 tonnellate di indaco sintetico venivano prodotte in tutto il mondo.

Tecnologia di tintura

Bianco indaco (leuco-indaco)
Filato tinto con colorante indaco

Bianco indaco

L'indaco è un colorante impegnativo perché non è solubile in acqua. Per essere sciolto, deve subire una trasformazione chimica ( riduzione ). La riduzione converte l'indaco in "indaco bianco" ( leuco -indigo). Quando un tessuto sommerso viene rimosso dal bagno di tintura, l'indaco bianco si combina rapidamente con l' ossigeno nell'aria e ritorna all'indaco insolubile e dai colori intensi. Quando è diventato ampiamente disponibile in Europa nel XVI secolo, i tintori e gli stampatori europei hanno lottato con l'indaco a causa di questa proprietà distintiva. Richiedeva anche diverse manipolazioni chimiche, alcune con materiali tossici, e aveva molte opportunità di ferire i lavoratori. Nel 19° secolo, il poeta inglese William Wordsworth fece riferimento alla difficile situazione dei lavoratori della tintura indaco della sua città natale di Cockermouth nel suo poema autobiografico The Prelude . Parlando delle loro terribili condizioni di lavoro e dell'empatia che provava per loro, ha scritto:

Senza dubbio, allora avrei dovuto fare causa comune
Con alcuni che sono morti; forse anche morto
Una povera offerta sbagliata e sconcertata
Sconosciuto a quelle anime nude di Miller Blue

Un processo preindustriale per la produzione di bianco indaco, utilizzato in Europa, consisteva nel dissolvere l'indaco nell'urina stantia, che contiene ammoniaca. Un agente riduttivo più conveniente è lo zinco. Un altro metodo pre-industriale, utilizzato in Giappone, è stato quello di sciogliere l'indaco in una vasca riscaldata in cui una cultura di termofili , anaerobi stata mantenuta batteri. Alcune specie di tali batteri generano idrogeno come prodotto metabolico, che converte l'indaco insolubile in bianco indaco solubile. Il tessuto tinto in tale vasca era decorato con le tecniche di shibori (tie-dye), kasuri , katazome e tsutsugaki . Esempi di vestiti e stendardi tinti con queste tecniche possono essere visti nelle opere di Hokusai e altri artisti.

Stampa diretta

Due diversi metodi per l'applicazione diretta dell'indaco furono sviluppati in Inghilterra nel XVIII secolo e rimasero in uso fino al XIX secolo. Il primo metodo, noto come "matita blu" perché veniva applicato più spesso a matita oa pennello, poteva essere utilizzato per ottenere tonalità scure. Trisolfuro di arsenico e un addensante sono stati aggiunti alla vasca di indaco. Il composto dell'arsenico ha ritardato l'ossidazione dell'indaco abbastanza a lungo da dipingere la tintura sui tessuti.

Barattolo di colorante indaco liofilizzato

Il secondo metodo era noto come "China blue" per la sua somiglianza con la porcellana cinese blu e bianca. Invece di utilizzare direttamente una soluzione di indaco, il processo prevedeva la stampa della forma insolubile di indaco sul tessuto. L'indaco è stato poi ridotto in una sequenza di bagni di solfato di ferro (II) , con ossidazione con aria tra ogni immersione. Il processo China Blue potrebbe creare disegni nitidi, ma non potrebbe produrre le tonalità scure possibili con il metodo Pencil Blue.

Intorno al 1880 si sviluppò il "processo del glucosio". Ha finalmente permesso la stampa diretta dell'indaco su tessuto e potrebbe produrre stampe economiche indaco scuro irraggiungibili con il metodo China blue.

Dal 2004, è diventato disponibile l'indaco liofilizzato , o indaco istantaneo. In questo metodo, l'indaco è già stato ridotto e quindi liofilizzato in un cristallo. I cristalli vengono aggiunti all'acqua calda per creare il vaso di tintura. Come in un normale barattolo di colorante indaco, occorre prestare attenzione per evitare di mescolare l'ossigeno. L'indaco liofilizzato è semplice da usare e i cristalli possono essere conservati a tempo indeterminato purché non siano esposti all'umidità.

Proprietà chimiche

Indaco, che riempie lo spazio

Il colorante indaco è una polvere cristallina blu scuro che sublima a 390-392 ° C (734-738 ° F). È insolubile in acqua, alcool o etere , ma solubile in DMSO , cloroformio , nitrobenzene e acido solforico concentrato . La formula chimica dell'indaco è C 16 H 10 N 2 O 2 .

La molecola assorbe la luce nella parte arancione dello spettro (λ max = 613 nm). Il composto deve il suo colore intenso alla coniugazione dei doppi legami , cioè i doppi legami all'interno della molecola sono adiacenti e la molecola è planare. Nel bianco indaco, la coniugazione è interrotta perché la molecola non è planare.

Derivati ​​dell'indaco

Struttura del viola di Tiro
Struttura dell'indaco carminio.

Gli anelli benzenici nell'indaco possono essere modificati per fornire una varietà di coloranti correlati. Il tioindigo , dove i due gruppi NH sono sostituiti da atomi di S, è rosso intenso. Il viola di Tyrian è un colorante viola opaco che viene secreto da una comune lumaca mediterranea. Era molto apprezzato nell'antichità. Nel 1909, la sua struttura è risultata essere 6,6'-dibromoindigo (rosso). Anche il 6-bromoindigo (viola) è un componente. Non è mai stato prodotto su base commerciale. Il relativo Ciba blue (5,7,5′,7′-tetrabromoindigo) è, invece, di valore commerciale.

L'indaco e i suoi derivati ​​caratterizzati da legami idrogeno intra e intermolecolari hanno una bassissima solubilità in solventi organici. Possono essere resi solubili usando gruppi protettivi transitori come il gruppo tBOC , che sopprime il legame intermolecolare. Il riscaldamento dell'indaco tBOC si traduce in un'efficace deprotezione termica e nella rigenerazione del pigmento legato all'H genitore.

Il trattamento con acido solforico converte l'indaco in un derivato blu-verde chiamato indaco carminio (indaco solfonato). Divenne disponibile a metà del XVIII secolo. È usato come colorante per alimenti, prodotti farmaceutici e cosmetici.

Indaco come semiconduttore organico

L'indaco e alcuni dei suoi derivati ​​sono noti per essere semiconduttori organici ambipolari quando depositati come film sottili mediante evaporazione sotto vuoto.

Sicurezza e ambiente

Indigo ha una bassa tossicità orale, con una LD 50 di 5000 mg / kg nei mammiferi. Nel 2009, erano state segnalate grandi fuoriuscite di coloranti blu a valle di un produttore di blue jeans in Lesotho .

È stato scoperto che il composto agisce come agonista del recettore degli idrocarburi arilici .

Inquinamento dell'acqua color indaco a Phnom Penh, Cambogia, 2005

Riferimenti

Ulteriori letture

link esterno