Красители на основе 2-амино-5-меркапто-1,3,4-тиадиазола

Курсовая работа

На тему:

«Дисперсные красители на основе 2-амино-5-меркапто – 1,3,4 – тиадиазола»

Чебоксары, 2010

Введение

Красителями, в широком смысле этого слова, называют органические соединения, обладающие способностью поглощать и преобразовывать световую энергию в видимой и ближних ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Применение веществ, способных придавать тот или иной цвет предметам, в том числе волокнам, тканям, поверхности тела, известно с незапамятных времен. Для этого использовались цветные глины, минеральные пигменты, вытяжки из растений и животных.

Только в XVIII веке стали предприниматься попытки создания дешевых синтетических красителей. К этому химиков подтолкнуло бурное развитие текстильной промышленности и переход к машинному производству. Первый синтетический краситель был получен в 1855 г. профессором Я. Натансоном, соединение красного цвета. Позже в 1858 г., во Франции, Верген получил этот же краситель другим способом и назвал фуксином. В том же году Грисс открыл реакцию диазотирования, положившую начало синтезу азокрасителей. (1)

В настоящее время известно большое количество красителей, разделяющиеся по химическому строению: нитрокрасители, нитрозокрасители, азокрасители, арилметановые, хинониминовые, сернистые, индигоидные, антрахиноновые, полициклические, фталоцианиновые, полиметиновые, азометиновые красители.

Несмотря на многообразие органических красителей известны лишь ограниченные сведения о синтезе красителей на основе 1,3,4-тиадиазолов. Так как среди тиадиазолов обнаружены вещества с высокой биологической активностью, синтез красителей на основе 2-амино-5-меркапто – 1,3,4-тиадиазола является актуальной проблемой. Бактерицидные тиадиазол-содержащие красители могут найти применение для покраски и обработки днищ судов и подводных сооружений.

Целью данной курсовой работы является изучение органических красителей, полученных на основе 2-амино-5-меркапто – 1,3,4-тиадиазола.

краситель дисперсный суспензия химический

1. Дисперсные красители

1.1 Общая характеристика

Дисперсные красители – специальные неионные красители для гидрофобных волокон, используемые при крашении в виде высокодисперсных водных суспензий. Не содержат групп, придающих растворимость в воде, вследствие чего она очень низка (при комнатной температуре в 1 л воды растворяется от долей до нескольких мг красителя). Молекулы дисперсных красителей имеют небольшие размеры. Применяются дисперсные красители при крашении полиэфирных, полиамидных и ацетатных волокон, реже – полиакрилонитрильных (в светлые тона). Дисперсные красители – единственная группа красителей, пригодных для окрашивания полиэфирных и ацетатных волокон. Обеспечивают получение окрасок полной цветовой гаммы. В процессе крашения молекулы дисперсных красителей, перешедшие в раствор, сорбируются волокном и диффундируют вглубь него с образованием твердого раствора в полимере. Краситель удерживается в полимере силами Ван-дер-Ваальса, в отдельных случаях – водородными связями. Выпускают дисперсные красители в виде тонкодисперсных порошков, гранул или в жидкой форме (в том числе паст) с размером основной массы частиц не более 1–2 мкм; в их состав входят также вспомогательные вещества, способствующие сохранению дисперсности при применении и хранении.

1.2 Основные группы дисперсных красителей

По химическомустроению дисперсные красители – главным образом, азокрасители и антрахиноновые красители, реже – стириловые, хинофталоновые красители, нитродифениламины, ароиленимидазолы, антрапиридоны. Дисперсные азокрасители обеспечивают гамму цветов от желтого до темно-синего. В основном представлены моноазокрасителями – производными 4-аминоазобензола, дающими окраски оранжевых, красных, фиолетовых, темно-синих цветов, например, алый Ж (I) и бордо 2С (II). Получение широкой цветовой гаммы достигается изменением характера и положения заместителей в молекуле. Большинство моноазокрасителей содержит (в остатке диазосоставляющей) в параположении к азогруппе NO₂ -гpyппy, углубляющую цвет. Углублению цвета способствует также введение электроноакцепторных заместителей в положения 2 или 2,6 к азогруппе или электронодонорных заместителей (алкилов, алкокси- и ациламиногрупп) в остаток азосоставляющей. Электроноакцепторные заместители (CN, ОСОСН₃) в алкиламиногруппах азосоставляющей, понижая основность атома N аминогруппы, приводят к повышению цвета. Гидроксиазокрасители (ОН-группа в орто- или параположении к азогруппе) применяют ограниченно для получения цветов от желтого до красного. Более яркие желтые цвета обеспечивают стириловые, хинофталоновые красители, ароиленимидазолы. Практическое значение имеет и небольшое число дисазокрасителей, преимущественно желтого и оранжевого цветов, например, желтый прочный 4К (III). К дисперсным красителям относятся моноазокрасители, содержащие первичные аминогруппы, способные диазотироваться на волокне и сочетаться с азосоставляющими (диазотирующиеся дисперсные красители), например, диазочерный С (IV). Однако, ввиду сложности крашения, эти красители используют редко, главным образом, для получения на ацетатных тканях прочных черных окрасок.

Антрахиноновые красители обеспечивают гамму красных, фиолетовых, синих и бирюзовых цветов, например, розовый Ж (V) и синий К – смесь соединений с основным компонентом формулы VI.

Они представлены 1-амино-4-гидроксиантрахиноном и его замещенными, которые содержат в положении 2, например, атом Вr, группы ОСН₃ или ОС₆Н₅ и дают розовые и красные окраски; 1,4-диаминоантрахиноном и его производными, содержащими N-алкильные (или арильные), N, N-диалкильные, 5-нитро-, 2,3-дихлор- или 2-алкоксигруппы и обеспечивающими гамму цветов от красно-фиолетовых до сине-зеленых; синими красителями на основе 1,4,5,8-тетразамещенных антрахинона, содержащих группы ОН, NO₂, NH₂ или NHR (R – алкил, арил). Так как индивидуальные зеленые, коричневые, серые и черные дисперсные красители отсутствуют, для получения окрасок указанных цветов готовят смесовые композиции. Наиболее практическое значение имеют дисперсные красители для полиэфирного волокна. Поскольку в процессах крашения и отделки это волокно подвергается высокотемпературным обработкам, к окраскам дисперсных красителей предъявляется требование высокой устойчивости не только к свету, но и к сублимации. Светостойкость окрасок повышается при введении в молекулу дисперсного красителя электроноакцепторных заместителей, снижающих основность атома N в аминогруппе, а устойчивость к сублимации – при увеличении размера и полярности молекулы. В случае моноазокрасителей повышение устойчивости окрасок достигается введением в остаток диазосоставляющей в ортоположение к азогруппе Cl, Br, CN, в пара-положение – NO₂, в параположение остатка азосоставляющей – N, N-диацетоксиэтиламино-, N-этил-N-цианоэтиламино-, N-цианоэтил-N-ацетоксиэтиламиногрупп; в ряду антрахиноновых красителей вводят, например, атомы галогена. Светостойкость окрасок зависит также от химической природы и физических свойств волокна. Окраски многих дисперсных красителей на полиамидном волокне менее светостойки, чем на ацетатном и полиэфирном. В особые группы выделяют металлсодержащие и активные дисперсные красители, предназначенные для прочного окрашивания полиамидных волокон. Металлсодержащие дисперсные красители – металлкомплeксные соединения, содержащие один атом Сr или Со на две молекулы моноазокрасителя, например, дисперсный красный СМП (VII, М – металлсодержащий, П – для полиамидных волокон).

Они превосходят обычные дисперсные красители по устойчивости окрасок к свету и мокрым обработкам, уступают по яркости и ровняющей способности. Используются преимущественно для получения темных тонов. Дисперсные активные красители сочетают хорошие ровняющие свойства дисперсных красителей с высокой устойчивостью окрасок к мокрым обработкам. (2)

1.3 Технология крашения

Процесс проводят в присутствии 1–2 г/л анионоактивного ПАВ, обычно диспергатора НФ (метилен-бис – (нафталинсульфоната) динатрия). По периодической схеме процесс осуществляют при повышенной температуре: ацетатное волокно не выше 85°С, полиамидное, триацетатное и полиакрилонитрильное при 98–100°С, полиэфирное при 130°С под давлением и рН 4,5–5,5. Триацетатное и полиамидное волокна можно также окрашивать под давлением при 115–120°С. Реже полиэфирное волокно окрашивают при 98–100°С в присутствии переносчика, в качестве которого используют, например, о- и п-фенилфенолы, дифенил, эфиры бензойной и салициловой кислот, производные нафталина; переносчик, изменяя состояние волокна и красителя, способствует увеличению скорости диффузии и сорбции дисперсного красителя волокном. Крашение диазотирующимися дисперсными красителями проводят вначале обычным периодическим способом, после чего осуществляют диазотирование красителя на ткани при ~ 15°С в растворе, содержащем NaNO₂ и НСl, а затем – азосочетание, например, с 2-гидроксинафтойной кислотой. По непрерывной схеме окрашивают ткани из полиэфирного волокна и его смесей с хлопковым или вискозным, используя термозольный способ: сначала ткань «плюсуют» (пропитывают и отжимают) в ванне, содержащей, кроме красителя и ПАВ, загуститель, например, алъгинат Na, затем сушат при 120–140°С и нагревают примерно 1 мин при 190–210°С. Крашение металлсодержащими дисперсными красителями осуществляют в присутствии неионогенного ПАВ, например, полиоксиэтилированного алкилфенола, при рН 8,0–8,5 около 100°С; в конце крашения вводят сульфат или ацетат аммония. Процесс можно проводить под давлением, использовать красители для печатания по тканям из полиамидных волокон, иногда – из триацетатных. При использовании активных дисперсных красителей процесс проводят сначала в кислой среде (рН 3,5–4,0), когда красители не проявляют активных свойств и ровно окрашивают подобно дисперсным красителям, а затем в слабощелочной (рН 10,0–10,5), в которой красители взаимодействуют с волокном с образованием ковалентных связей. Активные дисперсные красители применяют также для печатания по полиамидным тканям. Различия в условиях крашения разными способами настолько значительны, что краситель, пригодный для одного из способов крашения, может быть неприемлем для другого. Например, для термозоль-процесса с высокими температурами фиксации требуются дисперсные красители с высокой устойчивостью к сублимации, для термопечати – с низкой устойчивостью к сублимации, так как рисунок переносится на ткань с бумажной подложки в результате сублимации красителя при нагревании. При крашении в присутствии переносчика необходимы дисперсные красители с повышенной светостойкостью, так как переносчики могут ее понизить, при крашении изделий из текстурированных нитей – красители с хорошими миграционными свойствами, способностью скрывать структурную неоднородность волокна. (3)

2. Свойства 1,3,4-тиадиазолов

2.1 Синтезы на основе 2,5-димеркапто – 1,3,4-тиадиазола

2,5-димеркапто – 1,3,4-тиадиазол ввиду доступности и простоты его синтеза (9) вызывает интерес в плане его структурной модификации с целью получения новых потенциально биологически активных веществ. Окисление 2,5-димеркапто – 1,3,4-тиадиазола водным раствором перманганата калия протекает только по тиольным группам, не затрагивая гетероциклический атом серы, и приводит к образованию 1,3,4-тиадиазол – 2,5-дисульфокислоты (I).

Необходимое соотношение 2,5-димеркапто – 1,3,4-тиадиазола и перманганата калия для полного окисления тиольных групп до сульфогрупп было определено методом кислотно-основного титрования и оказалось равным 1:4. при этом перманганат-ионы восстанавливаются до диоксида марганца.

Полученное соединение (I) представляет собой белое кристаллическое вещество с высокой температурой плавления, хорошо растворимое в воде. Образование 1,3,4-тиадиазол – 2,5-дисульфокислоты (I) протекает почти с количественным выходом и составляет около 98% (10).

2.2 Синтез производных аминотиадиазолов

Методы получения производных 2-амино-5-алкилтио – 1,3,4-тиадиазолов (I) основаны на реакции алкилирования щелочных солей 2-амино-5-меркапто – 1,3,4-тиадиазолов, получаемых из 2-амино – 1,3,4-тиадиазолин-5 (4) – тиона (II). Практически этим путем синтезированы почти все известные соединения (I). Отмечено, что N, N’ – дитиокарбамоилгидразин (IV) при алкилировании диалкилсульфатами через алкилтиоэфиры (V) может быть превращен в соединения (I) (11). Нами установлено, что алкил (аралкил) тиоционаты в среде полифосфорной кислоты при 90–100°С реагируют с тиосемикарбазидом (III) с образованием производных аминотиадиазолов (I).

2.3 Красители на основе 2-амино-5-меркапто – 1,3,4-тиадиазолов

Некоторые новые гетероциклические моноазокрасители, синтезированные на основе 2-амино-5-меркапто – 1,3,4-тиадиазола с различными N-фенилакриламидными производными, используются для окрашивания полиэфирных тканей (12).

Красители охарактеризованы данными электронных спектров в ИК и видимой области. Эти красители были найдены от коричнево-оранжевого до красно-розовых оттенков в окраске с хорошей глубиной. Окрашенные ткани показали себя очень хорошо со стороны прочности к стирке, трению, поту.

Аминотиадиазолы были одними из первых гетероциклических диазокомпонентов дисперсных красителей, которые описаны в патентной литературе (13). Такие гетероциклические амины были использованы для получения красителей, которые дают ярко-красные оттенки на полиэфирной ткани. За последние два десятилетия вырос интерес в области новых тиадиазольных красителей (14–23).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Целью курсовой работы является получение дисперсных красителей на основе 2-амино-5-меркапто – 1,3,4-тиадиазола по следующей общей схеме:

2-Амино-5-меркапто – 1,3,4-тиадиазол, используемый в качестве диазосоставляющей, получали следующим образом:

1) реакция тиосемикарбазида с сероуглеродом

2) кислотная циклизация N, N'-дитиокарбамоилгидразина

Шесть новых моноазо красителей были получены диазотированием 2-амино-5-меркапто – 1,3,4-тиадиазола 1, и в последующем азосочетанием с различными N-фенилакриламидами 2а-е. Диазотирование проводили в концентрированных кислотах, так как гидролиз соли диазония происходит в разбавленных кислотах. Использовали концентрированную Н₂SO₄ в смеси с ледяной уксусной кислотой, а также нитрозилсерную кислоту (NOHSO₄). Аминосоединения 1 были успешно диазотированы при 0–5 °С нитрозилсерной кислотой в уксусной кислоте. Конец точки диазотирования определяли на наличие избытка азотной кислоты по йодкрахмальной бумаге. Раствор соли диазония сразу же использовали в реакции азосочетания с N-арилациламидами, так как он при стоянии разлагается даже на холоду. В результате получали хорошие красители 3а-е с выходом 68–85%:

Чистота красителей была оценена методом ТСХ с использованием AcOEt-бензола (1:4) в качестве элюента на пластинах «Silyfol». Данные R_f приведены в таблице 1. Видимые адсорбционные максимумы λ_max красителей 3a-е были зарегистрированы в концентрированной H₂SO₄ и диметилформамиде (ДМФ).

Таблица 1. Характеристические данные красителей (3a-e)