Tài liệu Tổng hợp chất màu pptx

BÀI 13:
TỔNG HỢP CHẤT MÀU

*****

I. CẤU TẠO VÀ MÀU SẮC
1. Ánh sáng và màu sắc
2. Cấu tạo và màu sắc
II. PHÂN LOẠI CÁC CHẤT MÀU
1. Các chất màu hữu cơ thiên nhiên
2. Các chất màu tổng hợp
III. TỔNG HỢP MỘT SỐ CHẤT MÀU
1. Phẩm nitro
2. Phẩm azo


I. Cấu tạo & màu sắc :
1. Ánh sáng & màu sắc :
Màu sắc là kết quả tương tác giữa ánh sáng với vật thể .
Màu mà mắt chúng ta nhận được là màu phụ với màu hấp thụ . Mắt chúng ta chỉ nhận
được các dao động điện từ ánh sáng ở vùng có bước sóng 400 → 750 micromet .
- Khi ánh sáng trắng đập vào 1 vật thể bị phản xạ hoàn toàn thì mắt ta thấy vật thể màu
trắng .
- Toàn bộ các tia sáng đập vật thể bị hấp thụ hết thì vật ấy có màu đen .
- Vật thể chỉ hấp thụ 1 số tia và tán xạ những tia còn lại mắt cho ta thấy vật có màu
của những tia không bị hấp thụ tán xạ .
Như vậy , màu sắc có thể nói là sự hấp thụ chọn lọc những miền xác định trong phổ
liên tục của ánh sáng đập vào mắt

Mối liên hệ giữa bức sóng hấp thụ vào màu sắc của vật hấp thụ .
Bước sóng hấp thụ Màu của ánh sáng hấp thụ Màu của chất
400 → 435
μ
m tím lục - vàng
435 → 480
μ
m lam vàng
480 → 490
μ
m lam - lục nhạt da cam
490 → 500
μ
m lục - lam nhạt đỏ
500 → 560
μ
m lục đỏ đỏ tía
560 → 580
μ
m lục vàng tím
580 → 590
μ
m vàng lam
595 →-600
μ
m da cam lam - lục nhạt
605 → 750
μ
m đỏ lục - lam nhạt

2. Cấu tạo và màu sắc
TOP
Ta đã biết có những chất hấp thụ chọn lọc ánh sáng trong vùng trong thấy mới có màu
, hấp thụ các vùng tử ngoại hồng ngoại và các vùng khác vẫn không có màu ...
Năng lượng bức xạ phụ thuộc vào bức sóng & tần số bức xạ . Vùng nhìn thấy khá hẹp
có năng lượng từ 110 → 69 kcal/mol .
Trong hóa học hữu cơ các hợp chất có màu thường phân tử của nó được tạo thành từ
liên kết π và liên kết δ.
Các chất có màu có liên kết π liên hợp ,phân tử của chúng có những nhóm đặc biệt có
tác dụng làm mở rộng hệ liên kết kéo dài hệ liên hợp π .
Nhóm

- Các nhóm này tạo ra màu sắc cho hợp chất hữu cơ gọi là nhóm tạo màu hay nhóm
hàm sắc.
- Các nhóm không tạo màu những làm tăng cường màu gọi là nhóm trợ màu ( trợ sắc).
VD: - OH , - NH
2
, - SH , - OCH
3
, - NHCH
3
.
Các chất màu chỉ có nhóm hàm sắc chưa có tính hấp thụ chọn lọc cao, chỉ sau khi đưa
các nhóm trợ sắc vào thì màu các hợp chất mới trở nên thuần nhất, có đủ cường độ.

II. Phân loại các chất màu:
Các chất màu gồm có các chất màu vô cơ và hữu cơ. Mỗi loại đều có chất màu thiên
nhiên và tổng hợp.
+ Chất màu vô cơ: Thường có cấu tạo đơn giản là muối hoặc oxit kim loại: PbCrO
4

,
HgS đỏ, vàng chanh ZnCrO
4
+ K
6
Cr
2
O
7

Các chất màu vô cơ rẻ, bền với nhiệt và ánh sáng, kém bền với acid, baz, cường độ
màu không cao dùng để chế tạo sơn, mực in công nghiệp, màu cho thủy tinh, đồ sứ, cao su.

1. Các chất màu hữu cơ thiên nhiên:
TOP
Ngày nay các chất màu hữu cơ sử dụng rộng rãi và đa dạng, nhiều chủng loại màu sắc
tươi đẹp, cường độ màu cao, được sử dụng nhiều trong các lãnh vực kinh tế khác nhau.
- Các chất màu thiên nhiên thường có sẵn trong thực vật.
VD: Màu xanh indigo: có trong cây chàm. Trong cây chàm có chứa indican, thủy
phân indican được indixil, oxi hóa indixil được indigo.

- Màu vàng của măng cụt.
Vỏ măng cụt chứa 7→ 13% tanin và nhựa nangostin C
23
H
24
O
6
màu vàng tươi, tan
nhiều trong trong kiềm và ete, không tan trong nước.

- Màu nghệ: củ nghệ chứa 3→ 4% chất màu vàng cuacumyl. Ðem củ nghệ nghiền nhỏ
trích với ligroin loại các chất hữu cơ. Sau đó trích ete và kết tinh lại trong benzen được
cuacumyl.


- Màu đỏ quả điều.
- Mặc nưa: chứa chất Diospirol 2% có thể trích bằng ete ancol, dùng để nhuộm màu
đen

HC
Diospirol

2. Các chất màu tổng hợp:
TOP
Hiện có hàng ngàn loại khác nhau, được ứng dụng trong nhiều lãnh vực kinh tế khác
nhau như sơn, in, nhuộm, thực phẩm, mỹ phẩm, dược, cao su, nhựa...
* Các chất hữu cơ không tan trong nước thường sản xuất ở dạng bột, hạt nhỏ cỡ micro,
loại này gọi là pigment. Pigment là chất màu không tan trong nước và không tan trong môi
trường sử dụng.
* Các chất màu tan trong nước hoặc có khả năng biến dạng, tan trong nước hoặc dung
môi khác gọi là các phẩm màu.
Các chất màu có chứa nhóm - COOH, - SO
3
H, dễ tan trong nước. Có chứa nhóm - C
= O, - OH có thể biến thành dạng tan được...
Người ta có thể biến pigment thành phẩm màu và ngược lại, bằng cách đưa vào phân
tử pigment nhóm tan hoặc khóa nhóm tan lại.

a) Phân loại các pigment: thường người ta không phân loại mà thường mã hóa các
pigment dưới dạng các số ( như CI, Sh).

Trong nghiên cứu về cấu tạo và tổng hợp có thể phân pigment thành 15 loại.
- Pigment azo Axetoaxetacrylic.
- Pigment azo Pyrazolone.
- Pigment azo b - naphthol.
- Pigment azo axit 2 - hydroxy 3 naphtholc.
- Pigment azo axit 2 - hydroxy 3 naphthorilic.
- Pigment azo axit naphthoic.
- Pigment tri phenyl metan.
- ....................

b) Phân loại thuốc nhuộm: ( phẩm nhuộm)
Thị trường thế giới có khoảng 5000 loại phẩm nhuộm khác nhau. Người ta có hai
cách phân loại:
- Phân loại theo cấu tạo hóa học giúp cho người nghiên cứu về cấu tạo, tính chất
và phương pháp tổng hợp chúng.
- Phân loại theo kỹ thuật: thuận lợi cho người tiêu dùng.
Khi nói đến tên thuốc nhuộm người ta có thể biết được cần phải dùng phương
pháp nào để nhuộm, có thể nhuộm được những loại sợi vải nào, độ bền ra sao...
- Theo cách phân loại này, mỗi thuốc nhuộm gồm có 3 phần:
+ Phần 1: Ký hiệu bằng chữ cho biết tên thuốc nhuộm.
+ Phần 2: Chỉ màu sắc của thuốc nhuộm thường viết là chữ ( vàng, xanh, đỏ...).
+ Phần 3: Ký hiệu bằng chữ cái đứng cuối mỗi tên gọi. Cho biết sắc màu của màu,
hình thể, trạng thái của màu.
Liên Xô ( cũ): Ký hiệu K: đỏ, C: xanh , : vàng.
Ðức: B: xanh, G: vàng, T: đỏ.
Pháp, Anh: B: xanh, R: đỏ...
Trong thực tế, người ta còn qui định thuốc nhuộm theo % so với nồng độ thuốc
mẫu.
- Phân loại theo cấu tạo:
Thường chia theo cấu tạo hóa học về nhóm mang màu, có 10 loại:

* Phẩm nhuộm nitro.
* Phẩm nhuộm Nitrosơ.
* Phẩm nhuộm azo.
* Phẩm nhuộm phenyl metan.
* Phẩm nhuộm tryphenyl metan.
* Phẩm nhuộm xeton, quinon.
* Phẩm nhuộm indigo.
* Phẩm nhuộm lưu huỳnh.
* Phẩm nhuộm cơ nguyên tố.

III. Tổng hợp một số chất màu:
1. Phẩm nitro.
TOP
- Thông thường phẩm nitro được tạo thành bằng phản ứng oxi hóa các phenol,
naphthol và các dẫn xuất sunponic acid của chúng.
HNO
2
+ 2HNO
3
 H
2
O
+
+ NO
+
+ 2NO
3
-

VD: acid picric ( 2,4,6 trinitro phenol)
Acid picramic ( 4,6 dinitrơ - 2 - aminophenol)
Là những chất màu vàng có thể dùng nhuộm vàng len, lụa, chúng được điều chế từ
phenol.
- Phẩm màu và mactin ( 2,4 dinitro α - naphthol) được điều chế từ α - naphthol: đầu
tiên sunfo hóa α - naphthol nhận được α - naphthol - 2,4 - sunfonic. Cho chất này tác dụng
với HNO
3
nhận được mactin dùng để nhuộm len, tơ lụa, màu vàng sậm, nó cũng là thực
phẩm.
Phẩm màu vàng naphthol OS ( acid 2,4 - dinitro - α - naphthol - sunfonic) dùng để
nhuộm len tơ lụa được tổng hợp như sau:



Cho vào bình cầu đáy tròn dung tích 500 ml có lắp máy khuấy và nhiệt kế, 140 g
oleum 25% vừa khuấy đều vừa cho từ từ 25% g α - naphthol đã nghiền mịn, nhiệt độ phản
ứng 30 phút đầu ở 95°C sau 45 phút ở 120°C.
* Thử xem phản ứng hết chưa: lấy 5 ml dung dịch hòa với 10 ml nước + 10 ml HNO3
đậm đặc ( d= 1,4g/cm3) đun sôi làm lạnh. Nếu dung dịch trong thì phản ứng kết thúc. Nếu
phản ứng chưa kết thúc thì thêm 10 g oleum 65% rồi đun thêm 15' nữa kết thúc.
Ðổ vào chậu nước đá ( 250g đá), lọc bỏ naphthol không sunfon hóa và các chất khác
không tan. Cho 60 g HNO3 đậm đặc vào dung dịch lọc đun lên nhiệt độ 45 → 50°C trong
vòng 35'. Sau đó kết tinh, khoảng 12 giờ sẽ kết tinh acid 2,4 dinitrơ - 1 - naphthol sunfomic.
Lọc lấy sản phẩm thô rồi hòa tan trong 3000 ml nước và trung hòa bằng Na
2
CO
3
để kết tủa
sản phẩm.

Lọc sản phẩm và sấy khô ở 40→ 50°C tinh thể dạng hình kim màu vàng, nóng chảy ở
131°C.

2. Phẩm azo:
TOP
Chất màu azo là loại màu chiếm tỷ lệ nhiều nhất trong các màu hữu cơ. Trong phân tử
của nó có nhóm azo ( monoazoic - N = N) hai nhóm azo ( bic azoic hoặc diazoic) hoặc 3
nhóm azo...
Phẩm màu azo và pigment azo được tạo thành từ 2 phản ứng: phản ứng diazo hóa và
phản ứng ghép đôi.
* Phản ứng diazo hóa: là phản ứng giữa acid nitrơ và muối của amin thơm bậc 1 tạo
thành hợp chất diazonium.
ArNH
3
X + HNO
2
→ ArN
2
X + 2H
2
O
Ar là gốc aryl, X là gốc acid vô cơ.
ArNH
2
+ Na NO
2
+ 2HX → ArN
2
+
X

-
+ 2H
2
O + NaX.

Trong thực tế, lượng acid vô cơ cần dùng nhiều hơn lý thuyết, thiếu acid vô cơ có thể
xảy ra phản ứng:
ArN
2
X + H
2
N - Ar → Ar - N = N - NH - Ar + HX.
Hàm lượng acid cho thừa nhiều hay ít phụ thuộc vào bản chất các amin. Các hợp chất
amon dễ diazo hóa là các chất dẫn xuất amin của benzen, của naphthalen, antraquinin, amino
benzen, sunfuamic, amino naphthalen sunfuamic.
VD: anilin, toluidin, p - nitroanilin, α - β naphtylamin, acid Sunfanilic...
Các amin này có thể diazo hóa trong acid HCl hoặc H
2
SO
4
.
Các amin nào khó tan có thể dùng hỗn hợp 2 acid trên hoặc cho thêm CH
3
COOH
hoặc rượu ở nhiệt độ thấp.