Краситель индиго представляет собой органическое соединение характерного синего цвета . Индиго — натуральный краситель , добываемый из листьев некоторых растений рода Indigofera , в частности Indigofera tinctoria ; Красящие растения Indigofera обычно выращивались и использовались во всем мире, в частности в Азии, как важная культура, при этом производство красителей индиго было экономически важным из-за исторической редкости других синих красителей. [1]
Большая часть красителя индиго, производимого сегодня, является синтетическим , что по состоянию на 2023 год составляет около 80 000 тонн в год. применять быстро.
В основном индиго используется в качестве красителя для хлопчатобумажной пряжи, которая в основном используется при производстве джинсовой ткани, подходящей для синих джинсов; в среднем на пару синих джинсов требуется от 3 граммов (0,11 унции) до 12 граммов (0,42 унции) красителя. Меньшие количества используются при крашении шерсти и шелка.
Индигокармин , также известный как индиго, представляет собой производное индиго, которое также используется в качестве красителя. Ежегодно производится около 20 000 тонн, опять же в основном для производства синих джинсов. [1] Он также используется в качестве пищевого красителя и внесен в список FD&C Blue No. 2.
На протяжении всей истории индиго производили самые разные растения, но большая часть природного индиго была получена из представителей рода Indigofera , произрастающих в тропиках, особенно на Индийском субконтиненте. Основным коммерческим видом индиго в Азии был настоящий индиго ( Indigoferatinctoria , также известный как I. sumatrana ). Распространенной альтернативой, используемой в относительно более холодных субтропических местах, таких как японские острова Рюкю и Тайвань, является Strobilanthes cusia .
До завоза видов Indigofera с юга Polygonumtinctorum (спорыш красильщика) был самым важным синим красителем в Восточной Азии; однако этот урожай давал меньше красителей, чем средний урожай индиго, и его быстро превзошли в пользу более экономичного растения Indigofera tinctoria . В Центральной и Южной Америке выращивают вид Indigofera suffruticosa , также известный как анил , а в Индии важным видом является Indigofera arrecta , Natal indigo. В Европе Isatistinctoria , широко известная как вайда, использовалась для окраски тканей в синий цвет, содержащая те же красящие соединения, что и индиго, также называемый индиго.
Некоторые растения содержат индиго, которое при воздействии источника окисления, такого как кислород воздуха, вступает в реакцию с образованием красителя индиго; однако относительно низкие концентрации индиго в этих растениях затрудняют работу с ними, поскольку цвет легче испортить другими красящими веществами, также присутствующими в этих растениях, что обычно приводит к зеленоватому оттенку.
Предшественником индиго является индикан , бесцветное водорастворимое производное аминокислоты триптофана , а листья индигоферы содержат до 0,2–0,8% этого соединения. Прессование срезанных листьев в чан и замачивание гидролизуют индикан, высвобождая β- D - глюкозу и индоксил . Индоксил димеризуется в смеси, и через 12–15 часов ферментации образуется желтое водорастворимое лейкоиндиго . При последующем воздействии воздуха образуется синий водонерастворимый краситель индиго. [3] [4] Краситель осаждается из ферментированного раствора листьев при окислении, но также может осаждаться при смешивании с сильным основанием [5] , таким как щелочь . Твердые вещества фильтруют, прессуют в лепешки, сушат и измельчают в порошок. Затем порошок смешивали с различными другими веществами для получения различных оттенков синего и фиолетового.
Природные источники индиго также включают моллюсков: род морских улиток Murex производит смесь индиго и 6,6'-диброминдиго (красного), которые вместе дают ряд фиолетовых оттенков, известных как тирийский пурпур . Воздействие света во время процесса окрашивания может превратить диброминдиго в индиго, в результате чего появляются синие оттенки, известные как королевский синий, гиацинтовый фиолетовый или техелет .
Учитывая его экономическое значение, индиго получали многими методами. Синтез индиго Байера -Дрюсона восходит к 1882 году. Он включает альдольную конденсацию о-нитробензальдегида с ацетоном с последующей циклизацией и окислительной димеризацией до индиго. Этот путь был очень полезен для получения индиго и многих его производных в лабораторных масштабах, но оказался непрактичным для синтеза в промышленных масштабах. Йоханнес Пфлегер [6] и Карл Хойман в конечном итоге придумали промышленный синтез массового производства из анилина с использованием ртути в качестве катализатора. Метод был открыт Карлом Хойманом в Цюрихе случайно, когда сломался термометр. [7]
Первый коммерчески практичный способ производства индиго приписывают Пфлегеру в 1901 году. В этом процессе N -фенилглицин обрабатывается расплавленной смесью гидроксида натрия , гидроксида калия и содамида . Этот высокочувствительный расплав производит индоксил , который впоследствии окисляется на воздухе с образованием индиго. Варианты этого метода используются до сих пор. Альтернативный и также жизнеспособный путь получения индиго был предложен Хойманном в 1897 году. Он включает нагревание N- (2-карбоксифенил)глицина до 200 ° C (392 ° F) в инертной атмосфере с гидроксидом натрия. Этот процесс проще, чем метод Пфлегера, но предшественники дороже. Образуется индоксил-2-карбоновая кислота. Этот материал легко декарбоксилируется с образованием индоксила, который окисляется на воздухе с образованием индиго. [1] Приготовление красителя индиго практикуется в лабораторных классах колледжей по оригинальному маршруту Байера-Дрюсена. [8]
Самая старая известная ткань, окрашенная в цвет индиго, датируемая 6000 лет назад, была обнаружена в Уака Приета , Перу. [9] Многие азиатские страны, такие как Индия , Китай, Япония и страны Юго-Восточной Азии , на протяжении веков использовали индиго в качестве красителя (особенно для шелка ). Краситель был также известен древним цивилизациям Месопотамии , Египта , Британии , Мезоамерики , Перу , Ирана и Западной Африки . Индиго также выращивали в Индии, которая также была первым крупным центром его производства и обработки. [10] Вид Indigofera tinctoria был одомашнен в Индии. [10] Индиго, использовавшееся в качестве красителя, попало к грекам и римлянам , где оно ценилось как предмет роскоши. [10]
В Месопотамии нововавилонская клинописная табличка седьмого века до нашей эры дает рецепт крашения шерсти, при котором шерсть цвета лазурита ( укнату ) получается путем многократного погружения и проветривания ткани. [11] Индиго, скорее всего, было импортировано из Индии. Римляне использовали индиго как пигмент для живописи, а также в лечебных и косметических целях. Это был предмет роскоши, импортированный в Средиземноморье из Индии арабскими купцами.
Индия была основным поставщиком индиго в Европу еще в греко-римскую эпоху. Ассоциация Индии с индиго отражена в греческом слове, обозначающем краситель, индикон ( Ἰνδικόν , индийский). [11] Римляне латинизировали этот термин до indicum , который перешел в итальянский диалект , а затем и в английский как слово индиго.
В Бенгалии культиваторы индиго восстали против эксплуататорских условий труда, созданных европейскими купцами и плантаторами, в ходе так называемого восстания индиго в 1859 году. Бенгальская пьеса индийского драматурга Динабандху Митры «Нил Дарпан» была художественным пересказом восстания.
О спросе на индиго в 19 веке свидетельствует тот факт, что в 1897 году 7000 км 2 (2700 квадратных миль) были отведены под выращивание растений, производящих индикан, главным образом в Индии . Для сравнения, площадь страны Люксембург составляет 2586 км 2 (998 квадратных миль). [1]
В Европе индиго оставался редким товаром на протяжении всего Средневековья. Вместо этого использовался химически идентичный краситель, полученный из растения вайда ( Isatistinctoria ) . В конце 15 века португальский мореплаватель Васко да Гама открыл морской путь в Индию. Это привело к установлению прямой торговли с Индией, Островами пряностей , Китаем и Японией. Импортеры теперь могли избежать тяжелых пошлин, налагаемых персидскими , левантийскими и греческими посредниками, а также длинных и опасных сухопутных маршрутов, которые использовались ранее. Следовательно, импорт и использование индиго в Европе значительно возросли. Большая часть европейского индиго из Азии прибыла через порты Португалии, Нидерландов и Англии. Многие плантации индиго были созданы европейскими державами в тропическом климате. Испания импортировала краситель из своих колоний в Центральной и Южной Америке, и это была основная культура на Гаити и Ямайке, причем большая часть или вся работа выполнялась порабощенными африканцами и афроамериканцами. В испанскую колониальную эпоху интенсивное производство индиго для мирового рынка в регионе современного Сальвадора повлекло за собой такие нездоровые условия, что местное коренное население, вынужденное работать в эпидемических условиях, было уничтожено. [12] Плантации индиго также процветали на Виргинских островах . Однако Франция и Германия объявили вне закона импорт индиго в 16 веке, чтобы защитить местную промышленность по производству красителей. В Центральной Европе окрашивание индиго – это многовековое искусство, получившее признание ЮНЕСКО как нематериальное культурное наследие человечества. [13]
Ньютон использовал слово «индиго» для описания одного из двух новых основных цветов, которые он добавил к пяти, которые он первоначально назвал, в своем исправленном описании радуги в Lectiones Opticae 1675 года .
Из-за своей высокой ценности в качестве торгового товара индиго часто называли голубым золотом. [15]
По всей Западной Африке индиго был основой многовековых текстильных традиций. От туарегов- кочевников Сахары до Камеруна одежда , окрашенная в цвет индиго, означала богатство. Женщины красили ткань в большинстве районов, причем йоруба в Нигерии и мандинка в Мали особенно известны своим мастерством. Среди красильщиков-мужчин хауса работа на общественных красильных ямах была основой богатства древнего города Кано , и их до сих пор можно увидеть занимающимися своим ремеслом на тех же ямах. [16] Туарегов иногда называют «синими людьми», потому что пигмент индиго в ткани их традиционных халатов и тюрбанов окрашивал их кожу в темно-синий цвет. [17]
В Японии индиго приобрело особое значение в период Эдо . Это произошло из-за растущей текстильной промышленности, [18] и потому, что простолюдинам было запрещено носить шелк, [19] , что привело к увеличению выращивания хлопка и, следовательно, индиго – одного из немногих веществ, которые могли его окрасить. [20]
В Северной Америке индиго было завезено в колониальную Южную Каролину Элизой Лукас , где оно стало второй по важности товарной культурой колонии (после риса). [21] Как основная экспортная культура, индиго поддерживало там плантационное рабство. [22] В майских и июньских выпусках журнала The Gentleman's Magazine за 1755 год появился подробный отчет о выращивании индиго, сопровождаемый чертежами необходимого оборудования и предполагаемым бюджетом для начала такой операции, автором которого был плантатор из Южной Каролины Чарльз Вудмейсон . Позже оно появилось в виде книги. [23] [24] К 1775 году производство индиго в Южной Каролине превысило 1 222 000 фунтов. [25] Когда Бенджамин Франклин отплыл во Францию в ноябре 1776 года, чтобы заручиться поддержкой Франции в американской войне за независимость , на борту «Reprisal» находилось 35 бочек индиго , продажа которых поможет финансировать военные усилия. [26] В колониальной Северной Америке встречаются три коммерчески важных вида: местный I. caroliniana и интродуцированный I.tinctoria и I. suffruticosa . [27]
В 1865 году немецкий химик Адольф фон Байер начал работы по синтезу индиго. Он описал свой первый синтез индиго в 1878 году (из изатина ) и второй синтез в 1880 году (из 2-нитробензальдегида ). (Только в 1883 году Байер окончательно определил структуру индиго. [28] ) Синтез индиго оставался непрактичным, поэтому поиск альтернативных исходных материалов в компаниях Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF) и Hoechst продолжался. Йоханнес Пфлегер [6] и Карл Хойман в конечном итоге придумали синтез промышленного массового производства. [7]
Синтез N-(2-карбоксифенил)глицина из легкодоступного анилина открыл новый и экономически привлекательный путь. Компания BASF разработала коммерчески осуществимый производственный процесс, который использовался к 1897 году, когда из растительных источников производилось 19 000 тонн индиго. К 1914 году этот показатель упал до 1000 тонн и продолжал сокращаться. К 2011 году во всем мире производилось 50 000 тонн синтетического индиго. [29]
Индиго — сложный краситель, поскольку он не растворяется в воде. Чтобы раствориться, он должен претерпеть химическое изменение ( восстановление ). Редукция превращает индиго в «белый индиго» ( leuco -indigo). Когда погруженную в воду ткань вынимают из красильной ванны, белый индиго быстро соединяется с кислородом воздуха и превращается в нерастворимый, ярко окрашенный индиго. Когда он впервые стал широко доступен в Европе в 16 веке, европейские красильщики и печатники боролись с индиго из-за этого отличительного свойства. Это также потребовало нескольких химических манипуляций, некоторые из которых включали токсичные материалы, и предоставило множество возможностей травмировать рабочих. В 19 веке английский поэт Уильям Вордсворт упомянул о тяжелом положении рабочих, занимающихся красками цвета индиго в своем родном городе Кокермут, в своей автобиографической поэме «Прелюдия» . Говоря об их тяжелых условиях труда и о сочувствии, которое он к ним испытывал, он писал:
Несомненно, тогда я должен был бы объединиться
с некоторыми погибшими; возможно, тоже погиб.
Бедное, ошибочное и сбитое с толку подношение,
Неведомое этим голым душам синего мельника.
Доиндустриальный процесс производства белого индиго, использовавшийся в Европе, заключался в растворении индиго в несвежей моче, содержащей аммиак. Более удобным восстановителем является цинк. Другой доиндустриальный метод, использовавшийся в Японии, заключался в растворении индиго в нагретом чане, в котором поддерживалась культура термофильных анаэробных бактерий . Некоторые виды таких бактерий выделяют водород в качестве продукта метаболизма, который превращает нерастворимый индиго в растворимый белый индиго. Ткань, окрашенная в таком чане, украшалась в техниках шибори ( тай-дай ), касури , катадзомэ и цуцугаки . Примеры одежды и знамен, окрашенных с помощью этих техник, можно увидеть в работах Хокусая и других художников.
Два разных метода прямого применения индиго были разработаны в Англии в 18 веке и использовались вплоть до 19 века. Первый метод, известный как «синий карандаш», поскольку его чаще всего наносили карандашом или кистью, можно было использовать для достижения темных оттенков. В ванну с индиго добавляли трисульфид мышьяка и загуститель. Соединение мышьяка задержало окисление индиго на достаточно долгое время, чтобы краситель можно было нанести на ткани.
Второй метод был известен как «китайский синий» из-за его сходства с китайским бело-голубым фарфором. Вместо непосредственного использования раствора индиго процесс включал печать нерастворимой формы индиго на ткани. Затем индиго восстанавливали в последовательной ванне с сульфатом железа(II) с окислением воздухом между каждым погружением. Процесс China Blue позволял создавать четкие рисунки, но не позволял получить темные оттенки, которые возможны при использовании метода синего карандаша.
Примерно в 1880 году был разработан «глюкозный процесс». Наконец, это позволило напрямую печатать индиго на ткани и производить недорогие отпечатки темного индиго, недостижимые с помощью китайского синего метода.
С 2004 года стало доступно сублимированное индиго, или индиго быстрого приготовления. В этом методе индиго уже было восстановлено, а затем лиофилизировано до состояния кристалла. Кристаллы добавляются в теплую воду, чтобы получить краситель. Как и в стандартном горшке с красителем индиго, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать смешивания кислорода. Сублимированный индиго прост в использовании, а кристаллы можно хранить неопределенно долго, пока они не подвергаются воздействию влаги. [30]
Краситель индиго представляет собой темно-синий кристаллический порошок, который сублимируется при температуре 390–392 °C (734–738 °F). Он нерастворим в воде, спирте или эфире , но растворим в ДМСО , хлороформе , нитробензоле и концентрированной серной кислоте . Химическая формула индиго: C 16 H 10 N 2 O 2 .
Молекула поглощает свет в оранжевой части спектра ( λ max = 613 нм). [31] Соединение обязано своим глубоким цветом сопряжению двойных связей , т.е. двойные связи внутри молекулы соседние, а молекула плоская. В белом индиго конъюгация прерывается, поскольку молекула неплоская.
Бензольные кольца индиго можно модифицировать, чтобы получить множество родственных красителей. Тиоиндиго , где две группы NH заменены атомами S, имеет темно-красный цвет. Тирианский пурпур — тусклый фиолетовый краситель, выделяемый обыкновенной средиземноморской улиткой. В древности он высоко ценился. В 1909 году было показано, что его структура представляет собой 6,6'-диброминдиго (красный). 6-броминдиго (фиолетовый) также является компонентом. [32] Он никогда не производился на коммерческой основе. Однако родственный синий Сиба (5,7,5',7'-тетраброминдиго) имеет коммерческую ценность.
Индиго и его производные с внутри- и межмолекулярными водородными связями очень плохо растворяются в органических растворителях. Их можно сделать растворимыми, используя временные защитные группы , такие как группа tBOC , которая подавляет межмолекулярные связи. [33] Нагревание tBOC индиго приводит к эффективному термическому снятию защиты и регенерации исходного пигмента с водородными связями.
Обработка серной кислотой превращает индиго в сине-зеленое производное, называемое индигокармин (сульфированный индиго). Он стал доступен в середине 18 века. Его используют в качестве красителя в пищевых продуктах, фармацевтических препаратах и косметике.
Известно, что индиго и некоторые его производные являются амбиполярными органическими полупроводниками при нанесении в виде тонких пленок методом вакуумного испарения. [34]
Индиго обладает низкой пероральной токсичностью: ЛД 50 составляет 5 г/кг (0,5% от общей массы) для млекопитающих. [1] В 2009 году сообщалось о крупных разливах синих красителей на территории завода по производству синих джинсов в Лесото . [35]
Было обнаружено, что соединение действует как агонист арилуглеводородного рецептора . [36]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )Цитируется в Оксфордском словаре английского языка , второе издание, 1989 г.Индиго часто называли Голубым золотом, поскольку оно было идеальным товаром для торговли;
высокая цена, компактность и долговечность