Coloranti sintetici/Coloranti polimetinici e polienici
Questa classe di coloranti è caratterizzata da una catena di gruppi metinici (-CH=) che formano un sistema coniugato di doppi legami.
Struttura modifica
I coloranti polienici sono composti da un numero pari di carboni metinici responsabili del colore, mentre i gruppi terminali non partecipano all'assorbimento della radiazione visibile. I carotenoidi sono i coloranti polienici più conosciuti e sono composti da una catena metinica molto lunga con un gruppo alifatico o aliciclico alla fine della catena. Grazie alla presenza di molte insaturazioni i carotenoidi riescono ad assorbire nel campo del visibile: per esempio il β-carotene contiene 22 gruppi metinici e assorbe a una lunghezza d’onda di 450 e 478 nm.
Struttura del β-carotene.
I coloranti polimetinici presentano una catena di doppi legami coniugati con numero dispari di carboni e terminano con un gruppo elettronaccettore ed uno elettrondonatore i quali si scambiano la carica presente nella molecola. I coloranti possono essere cationici, anionici o neutri in base alla natura di A o di D. Per l'elevata estensione del sistema π sulla catena le molecole hanno un elevato numero di forme di risonanza in cui la carica si trova solitamente su un atomo terminale di azoto o di ossigeno o di un eteroatomo. I coloranti polimetilenici più conosciuti sono le cianine che sono utilizzate nel settore della fotografia come sensibilizzatori oppure per tingere fibre di poliacrinitrile.[1]
Classificazione modifica
I coloranti polimetinici più diffusi sono le cianine e i suoi derivati; questi composti possono essere distribuiti in diverse classi in base alla posizione degli eterocicli, degli atomi di azoto terminali e il numero di legami della catena carboniosa.
- Le cianine sono i coloranti metinici più conosciuti e presentano come gruppi terminali un azoto quaternario e uno terziario contenuti all'interno di un eterociclo.
- Le azacianine (1) sono i derivati che contengono un o più atomi di azoto all'interno della catena metinica. I coloranti più importanti sono le azacarbocianine che sono caratterizzate da tre atomi di carbonio in mezzo agli anelli eterociclici detti carbacianine. Gli atomi della catena carboniosa possono essere sostituiti da uno o più atomi di azoto e si ottengono le aza-, diaza-, trisazacarbocianine. Queste molecole sono coloranti gialli per fibre di poliacrilnitrile.
- Le emicianine (2) sono composte da un benzene inserito all’interno della catena polimetilenica tra i due gruppi azoici terminali. Queste molecole possono dare coloranti fluorescenti dai toni rossi brillanti.
- Le diazaemicianine (3) presentano un anello eterociclico con uno, due o tre atomi di azoto oppure atomi di zolfo e azoto. Questo gruppo di cianine contiene i coloranti metinici più diffusi come il benzotiazolo, un colorante blu, e il triazolio, un colorante rosso
I coloranti stirilici sono delle molecole neutre contenenti un gruppo stirilico (C6H5CH=C) il quale spesso è ulteriormente coniugato con un gruppo N,N-dialchilamminoarilico. La sintesi prevede la condensazione di un composto metilenico attivato, come il malonitrile, con un composto carbonilico, principalmente un aldeide. I coloranti stirilici più diffusi sono quelli con toni rossi e blu, i quali presentano una massa molecolare di piccole dimensioni utile a tingere substrati densamente impacchettati. I coloranti rossi si ottengono dall'aggiunta di un gruppo tricianovinilico che permette uno spostamento batocromico rispetto alle molecole dicianoviniliche. Il colorante ottenuto conferiscono una buona brillantezza a fibre di polyester. Per ricavare i coloranti blu si deve utilizzare un gruppo elettronattrattore molto potente, per esempio se si esegue la condensazione del solfone con un'aldeide si ottiene un colorante stirilico blu accesso che possiede buone proprietà di tintura.[2]
Colorante stirilico.
Proprietà modifica
Vista l'importanza delle cianine verrà approfondita solo questa classe di coloranti. Le cianine sono molecole planari in cui è presente una completa delocalizzazione di elettroni π e le strutture di risonanza sono equivalenti. Il colore delle cianine dipende sia dal sistema coniugato, il cromoforo, che dai gruppi terminali: più sono elettrondonatori maggiore è lo spostamento batocromico. Anche la lunghezza della catena influenza la capacità di assorbire a lunghezza d’onda maggiori. Le cianine simmetriche contengono due gruppi terminali uguali che causano un maggiore effetto batocromo se sono presenti eterocicli, gruppi insaturi e se allungano il sistema π. Le cianine non simmetriche assorbono a una lunghezza d'onda intermedia ai due diversi eterocicli se hanno una basicità simile. Gli eterocicli con basicità diverse seguono la 'Brooker Deviation' in cui la molecola assorbe a lunghezze d'onda inaspettatamente corte. La brillantezza del colore delle cianine deriva dalla banda stretta a cui assorbono la quale dipende dalla geometria della molecola che rimane quasi invariata durante la transizione. Le cianine possono anche presentare fluorescenza.[3] Gli effetti sterici nelle cianine simmetriche causano una diminuzione di intensità, essendo delle molecole planari. Nelle cianine non simmetriche l'intensità diminuisce lo stesso, mantenendo l'assorbimento a lunghezze d’onda minori.[4]
Le cianine non sono utilizzate per tingere i tessuti ma i suoi derivati azacarbocianine ed emicianine possono essere applicati a fibre sintentiche come la cellulosa acetato. Le prime forniscono coloranti gialli e le emicianine sono in grado di donare toni dal viola al rosso. Le mono- e diazacarbocianine e le mono- e diazaemicianine sono dei coloranti cationici e, nonostante la povera solidità alla luce, riescono a fornire tonalità brillanti e resistenti a fibre come la poliacrilnitrile. Il vantaggio di questi coloranti è che facendo delle piccole modifiche alla molecola si possono migliorare le sue proprietà, tra cui la solidità alla luce. Anche le trisazacarbocianine sono utilizzate come coloranti. Le diazaemicianine forniscono coloranti dal rosso al blu in base all’eterociclo presente nella molecola: i triazoli possono dare coloranti dal blu al giallo in base alla miscela di isomeri ottenuta. Eterocicli come imidazoli e pirazoli producono coloranti cationici rossi, mentre i coloranti blu sono ottenuti dagli amminotiazoli e amminobenzotiazoli.[5]