Tinte índigo - Indigo dye
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| Nombres | |
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Nombre IUPAC preferido
[2 (2 ′) E ] - [2,2′-Biindolilideno] -3,3 ′ (1 H , 1 ′ H ) -diona |
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| Otros nombres
2,2'-Bis (2,3-dihidro-3-oxoindoliliden), indigotina
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| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol )
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| CHEMBL | |
| ChemSpider | |
| Tarjeta de información ECHA |
100.006.898 
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PubChem CID
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| Número RTECS | |
| UNII | |
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Tablero CompTox ( EPA )
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| Propiedades | |
| C 16 H 10 N 2 O 2 | |
| Masa molar | 262,27 g / mol |
| Apariencia | polvo cristalino azul oscuro |
| Densidad | 1,199 g / cm 3 |
| Punto de fusion | 390 a 392 ° C (734 a 738 ° F; 663 a 665 K) |
| Punto de ebullición | se descompone |
| 990 µg / L (a 25 ° C) | |
| Riesgos | |
| 207-586-9 | |
| Frases R (desactualizadas) | R36 / 37/38 |
| Frases S (desactualizadas) | S26 - S36 |
| Compuestos relacionados | |
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Compuestos relacionados
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Indoxyl Tyrian púrpura indio |
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Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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 verificar ( ¿qué es ?)
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| Referencias de Infobox | |
El tinte índigo es un compuesto orgánico con un color azul distintivo . Históricamente, el índigo era un tinte natural extraído de las hojas de algunas plantas del género Indigofera , en particular Indigofera tinctoria ; Las plantas Indigofera que llevan tinte se cultivaron y utilizaron comúnmente en todo el mundo, en Asia en particular, como un cultivo importante, con la producción de colorante índigo económicamente importante debido a la rareza anterior de algunos colorantes azules históricamente.
La mayor parte del tinte índigo que se produce en la actualidad es sintético y constituye varios miles de toneladas cada año. Se asocia más comúnmente con la producción de telas de mezclilla y jeans , donde sus propiedades permiten que efectos como el lavado a la piedra y el lavado con ácido se apliquen rápidamente.
Usos
El uso principal del índigo es como tinte para hilo de algodón, utilizado principalmente en la producción de tela de mezclilla adecuada para jeans azules; En promedio, un par de jeans azules requiere solo de 3 gramos (0.11 oz) a 12 gramos (0.42 oz) de tinte. Se utilizan cantidades menores en el teñido de lana y seda.
El índigo carmín , también conocido como índigo, es un derivado del índigo que también se utiliza como colorante. Alrededor de 20 mil toneladas se producen anualmente, nuevamente principalmente para la producción de blue jeans. También se utiliza como colorante para alimentos y está listado en los Estados Unidos como FD&C Blue No. 2.
Fuentes
Fuentes naturales
Varias plantas han proporcionado índigo a lo largo de la historia, pero la mayor parte del índigo natural se obtuvo de las del género Indigofera , que son nativas de los trópicos, en particular del subcontinente indio. La principal especie comercial de índigo en Asia fue el índigo verdadero ( Indigofera tinctoria , también conocida como I. sumatrana ). Una alternativa común utilizada en los lugares subtropicales relativamente más fríos, como las islas Ryukyu de Japón y Taiwán, es Strobilanthes cusia .
Hasta la introducción de especies de Indigofera del sur, Polygonum tinctorum ( Dyer's knotweed ) era el colorante azul más importante en el este de Asia; sin embargo, el cultivo produjo menos colorante que el cultivo promedio de índigo, y fue rápidamente superado en términos de favor para la planta más económica Indigofera tinctoria . En América Central y del Sur, la especie cultivada es Indigofera suffruticosa , también conocida como anil , y en la India, una especie importante fue Indigofera arrecta , Natal indigo. En Europa, la Isatis tinctoria , comúnmente conocida como woad , se usó para teñir telas de azul, que contiene los mismos compuestos de teñido que el índigo, también conocido como índigo.
Varias plantas contienen índigo, que, cuando se expone a una fuente oxidante como el oxígeno atmosférico, reacciona para producir tinte índigo; sin embargo, las concentraciones relativamente bajas de índigo en estas plantas hacen que sea difícil trabajar con ellas, ya que el color se corrompe más fácilmente por otras sustancias colorantes también presentes en estas plantas, lo que típicamente conduce a un tinte verdoso.
El precursor del índigo es Indican , un derivado incoloro soluble en agua del aminoácido triptófano . Indican se hidroliza fácilmente para liberar β-D- glucosa e indoxilo . La oxidación por exposición al aire convierte el indoxilo en indigotina, la sustancia química azul insoluble que es el punto final del tinte índigo. El indio se obtuvo del procesamiento de las hojas de la planta, que contienen entre un 0,2% y un 0,8% de este compuesto. Las hojas se remojaron en agua y se fermentaron para convertir el glucósido indican presente en la planta en el tinte azul indigotina . Precipitan de la solución de hojas fermentadas cuando se mezclan con una base fuerte como lejía , se prensan en tortas, se secan y se pulverizan. Luego, el polvo se mezcló con varias otras sustancias para producir diferentes tonos de azul y púrpura.
Las fuentes naturales de índigo también incluyen moluscos; el caracol de mar Murex produce una mezcla de índigo y 6,6'-dibromoindigo (rojo), que juntos producen una gama de tonos púrpuras conocida como púrpura de Tiro . La exposición a la luz durante parte del proceso de teñido puede convertir el dibromoíndigo en índigo, lo que da como resultado tonos azules conocidos como azul real, púrpura jacinto o tekhelet .
Síntesis química
Dada su importancia económica, el índigo se ha preparado mediante muchos métodos. La síntesis de índigo de Baeyer-Drewson se remonta a 1882. Implica una condensación aldólica de o-nitrobenzaldehído con acetona, seguida de ciclación y dimerización oxidativa a índigo. Esta ruta es muy útil para obtener índigo y muchos de sus derivados a escala de laboratorio, pero resultó poco práctica para la síntesis a escala industrial. A Johannes Pfleger y Karl Heumann ( de ) se les ocurrió finalmente la síntesis de la producción industrial en masa.
La primera vía comercialmente práctica de producción de índigo se le atribuye a Pfleger en 1901. En este proceso, la N -fenilglicina se trata con una mezcla fundida de hidróxido de sodio , hidróxido de potasio y sodamida . Esta masa fundida altamente sensible produce indoxilo , que posteriormente se oxida en el aire para formar índigo. En la actualidad, todavía se utilizan variaciones de este método. Una ruta alternativa y también viable al índigo se le atribuye a Heumann en 1897. Implica calentar N - (2-carboxifenil) glicina a 200 ° C (392 ° F) en una atmósfera inerte con hidróxido de sodio. El proceso es más fácil que el método Pfleger, pero los precursores son más caros. Se genera ácido indoxil-2-carboxílico. Este material se descarboxila fácilmente para dar indoxilo, que se oxida en el aire para formar índigo. La preparación del tinte índigo se practica en las clases de laboratorio de la universidad según la ruta original Baeyer-Drewsen.
Historia del índigo
La tela teñida índigo más antigua conocida, que data de hace 6.000 años, fue descubierta en Huaca Prieta , Perú. Muchos países asiáticos, como India , Japón y las naciones del sudeste asiático , han utilizado el índigo como tinte (particularmente el tinte de seda ) durante siglos. El tinte también era conocido por civilizaciones antiguas en Mesopotamia , Egipto , Gran Bretaña , Mesoamérica , Perú , Irán y África Occidental . El índigo también se cultivó en la India, que también fue el primer centro importante para su producción y procesamiento. La especie I. tinctoria fue domesticada en la India. El índigo, utilizado como tinte, llegó hasta los griegos y los romanos , donde fue valorado como un producto de lujo.
India fue un proveedor principal de índigo a Europa desde la era grecorromana. La asociación de la India con el índigo se refleja en la palabra griega para el tinte, indikón (Ἰνδικόν, indio). Los romanos latinizaron el término indicum , que pasó al dialecto italiano y finalmente al inglés como la palabra índigo.
En Mesopotamia, una tablilla cuneiforme neobabilónica del siglo VII a. C. da una receta para el teñido de la lana, donde la lana de color lapislázuli ( uqnatu ) se produce mediante la inmersión repetida y el aireado de la tela. Lo más probable es que el índigo se haya importado de la India. Los romanos usaban el índigo como pigmento para pintar y con fines medicinales y cosméticos. Era un artículo de lujo importado al Mediterráneo desde la India por comerciantes árabes.
El índigo siguió siendo un bien escaso en Europa durante la Edad Media. En su lugar, se utilizó un tinte químicamente idéntico derivado de la planta de pelusa ( Isatis tinctoria ) . A finales del siglo XV, el explorador portugués Vasco da Gama descubrió una ruta marítima a la India. Esto llevó al establecimiento de comercio directo con India, las Islas de las Especias , China y Japón. Los importadores ahora podían evitar los elevados aranceles impuestos por intermediarios persas , levantinos y griegos y las rutas terrestres largas y peligrosas que se habían utilizado anteriormente. En consecuencia, la importación y el uso de índigo en Europa aumentaron significativamente. Gran parte del añil europeo procedente de Asia llegó a través de puertos de Portugal, los Países Bajos e Inglaterra. Las potencias europeas establecieron muchas plantaciones de añil en climas tropicales. España importó el tinte de sus colonias en América Central y del Sur, y fue un cultivo importante en Haití y Jamaica, con gran parte o todo el trabajo realizado por africanos y afroamericanos esclavizados. En la época colonial española, la producción intensiva de índigo para el mercado mundial en la región del moderno El Salvador conllevaba condiciones tan insalubres que la población indígena local, obligada a trabajar en condiciones pestilentes, fue diezmada. Las plantaciones de índigo también prosperaron en las Islas Vírgenes . Sin embargo, Francia y Alemania prohibieron el añil importado en el siglo XVI para proteger la industria local de tintes de lana.
El índigo fue la base de tradiciones textiles centenarias en África occidental. Desde los nómadas tuareg del Sahara hasta Camerún , la ropa teñida con índigo significaba riqueza. Las mujeres tiñeron la tela en la mayoría de las áreas, siendo los yoruba de Nigeria y los mandinka de Mali particularmente conocidos por su experiencia. Entre los tintoreros masculinos hausa , trabajar en los pozos de tinte comunales era la base de la riqueza de la antigua ciudad de Kano , y todavía se los puede ver ejerciendo su oficio hoy en los mismos pozos.
En Japón, el índigo se volvió especialmente importante durante el período Edo . Esto se debió a una industria textil en crecimiento y a que se había prohibido a los plebeyos usar seda, lo que condujo al cultivo cada vez mayor del algodón y, en consecuencia, del índigo, una de las pocas sustancias que podían teñirlo.
Newton usó "índigo" para describir uno de los dos nuevos colores primarios que agregó a los cinco que había nombrado originalmente, en su relato revisado del arco iris en Lectiones Opticae de 1675.
En América del Norte, el índigo fue introducido en la Carolina del Sur colonial por Eliza Lucas , donde se convirtió en el segundo cultivo comercial más importante de la colonia (después del arroz). Como cultivo de exportación importante, el índigo apoyó la esclavitud de las plantaciones allí. En las ediciones de mayo y junio de 1755 de The Gentleman's Magazine , apareció un relato detallado del cultivo del índigo, acompañado de dibujos del equipo necesario y un presupuesto prospectivo para comenzar tal operación, escrito por el plantador de Carolina del Sur Charles Woodmason . Más tarde apareció como un libro. En 1775, la producción de índigo en Carolina del Sur superó las 1,222,000 libras. Cuando Benjamin Franklin zarpó a Francia en noviembre de 1776 para obtener el apoyo de Francia para la Guerra de Independencia de los Estados Unidos , había 35 barriles de índigo a bordo del Reprisal , cuya venta ayudaría a financiar el esfuerzo bélico. En la América del Norte colonial, se encuentran tres especies de importancia comercial: la nativa I. caroliniana y las introducidas I. tinctoria e I. suffruticosa .
Debido a su alto valor como mercancía comercial, el índigo a menudo se denominaba oro azul.
Los campesinos de Bengala se rebelaron contra el trato injusto de los comerciantes / plantadores de la Compañía de las Indias Orientales en lo que se conoció como la revuelta Indigo en 1859, durante el Raj británico de la India . La obra Nil Darpan de Dinabandhu Mitra se basa en la esclavitud y el cultivo forzado del índigo.
La demanda de índigo en el siglo XIX está indicada por el hecho de que en 1897 se dedicaron 7.000 km 2 (2.700 millas cuadradas) al cultivo de plantas productoras de indigo, principalmente en la India. En comparación, el país de Luxemburgo tiene 2.586 km 2 (998 millas cuadradas).
Desarrollo sintético
En 1865, el químico alemán Adolf von Baeyer comenzó a trabajar en la síntesis del índigo. Describió su primera síntesis de índigo en 1878 (a partir de isatina ) y una segunda síntesis en 1880 (a partir de 2-nitrobenzaldehído ). (No fue hasta 1883 que Baeyer finalmente determinó la estructura del índigo). La síntesis del índigo siguió siendo poco práctica, por lo que continuó la búsqueda de materiales de partida alternativos en Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF) y Hoechst. A Johannes Pfleger y Karl Heumann se les ocurrió finalmente la síntesis de producción industrial en masa.
La síntesis de N- (2-carboxifenil) glicina a partir de la anilina fácil de obtener proporcionó una ruta nueva y económicamente atractiva. BASF desarrolló un proceso de fabricación comercialmente factible que estaba en uso en 1897, momento en el que se producían 19.000 toneladas de índigo a partir de fuentes vegetales. Esto se había reducido a 1.000 toneladas en 1914 y siguió contrayéndose. En 2011, se estaban produciendo 50.000 toneladas de índigo sintético en todo el mundo.
Tecnología de teñido
Blanco añil
El índigo es un tinte desafiante porque no es soluble en agua. Para disolverse, debe sufrir un cambio químico ( reducción ). La reducción convierte el índigo en "índigo blanco" ( leuco- índigo). Cuando se retira una tela sumergida del baño de tintura, el índigo blanco se combina rápidamente con el oxígeno en el aire y vuelve al índigo insoluble e intensamente coloreado. Cuando estuvo disponible por primera vez en Europa en el siglo XVI, los tintoreros e impresores europeos lucharon con el índigo debido a esta propiedad distintiva. También requirió varias manipulaciones químicas, algunas con materiales tóxicos, y tuvo muchas oportunidades de lesionar a los trabajadores. En el siglo XIX, el poeta inglés William Wordsworth se refirió a la difícil situación de los trabajadores del tinte índigo en su ciudad natal de Cockermouth en su poema autobiográfico The Prelude . Hablando de sus pésimas condiciones laborales y la empatía que sentía por ellos, escribió:
- Sin duda, debería haber hecho una causa común.
- Con algunos que perecieron; tal vez pereció también
- Una pobre ofrenda equivocada y desconcertada
- Desconocido para esas almas desnudas de Miller Blue
Un proceso preindustrial para la producción de blanco índigo, utilizado en Europa, consistía en disolver el índigo en orina rancia, que contiene amoníaco. Un agente reductor más conveniente es el zinc. Otro método pre-industrial, que se utiliza en Japón, fue disolver el índigo en una cuba calentado en el que una cultura de termófilos , anaerobias se mantuvo bacterias. Algunas especies de tales bacterias generan hidrógeno como producto metabólico, que convierte el índigo insoluble en blanco índigo soluble. La tela teñida en una tina de este tipo estaba decorada con las técnicas de shibori (tie-dye), kasuri , katazome y tsutsugaki . Se pueden ver ejemplos de ropa y pancartas teñidas con estas técnicas en las obras de Hokusai y otros artistas.
Impresión directa
En Inglaterra en el siglo XVIII se desarrollaron dos métodos diferentes para la aplicación directa del índigo y se siguieron utilizando hasta bien entrado el siglo XIX. El primer método, conocido como 'lápiz azul' porque se aplicaba con mayor frecuencia con lápiz o pincel, podría usarse para lograr tonos oscuros. Se agregaron trisulfuro de arsénico y un espesante a la tina de índigo. El compuesto de arsénico retrasó la oxidación del índigo lo suficiente como para pintar el tinte en las telas.
El segundo método se conocía como "azul de China" debido a su parecido con la porcelana china azul y blanca. En lugar de usar una solución de índigo directamente, el proceso implicó imprimir la forma insoluble de índigo en la tela. Luego, el índigo se redujo en una secuencia de baños de sulfato de hierro (II) , con oxidación al aire entre cada inmersión. El proceso del azul de China podía hacer diseños nítidos, pero no podía producir los tonos oscuros posibles con el método del azul lápiz.
Alrededor de 1880, se desarrolló el "proceso de la glucosa". Finalmente permitió la impresión directa de índigo sobre tela y pudo producir impresiones económicas de índigo oscuro inalcanzables con el método azul de China.
Desde 2004, el índigo liofilizado o índigo instantáneo está disponible. En este método, el índigo ya se redujo y luego se liofilizó en un cristal. Los cristales se agregan al agua tibia para crear el bote de tinte. Como en un bote de tinte índigo estándar, se debe tener cuidado para evitar mezclar oxígeno. El índigo liofilizado es fácil de usar y los cristales se pueden almacenar indefinidamente siempre que no estén expuestos a la humedad.
Propiedades químicas
El tinte índigo es un polvo cristalino azul oscuro que se sublima a 390–392 ° C (734–738 ° F). Es insoluble en agua, alcohol o éter , pero soluble en DMSO , cloroformo , nitrobenceno y ácido sulfúrico concentrado . La fórmula química del índigo es C 16 H 10 N 2 O 2 .
La molécula absorbe luz en la parte naranja del espectro (λ max = 613 nm). El compuesto debe su color profundo a la conjugación de los dobles enlaces , es decir, los dobles enlaces dentro de la molécula son adyacentes y la molécula es plana. En el blanco índigo, la conjugación se interrumpe porque la molécula no es plana.
Derivados del índigo
Los anillos de benceno en índigo se pueden modificar para dar una variedad de colorantes relacionados. El tioíndigo , donde los dos grupos NH son reemplazados por átomos de S, es de color rojo intenso. El púrpura de Tiro es un tinte púrpura apagado que es secretado por un caracol mediterráneo común. Fue muy apreciado en la antigüedad. En 1909, se demostró que su estructura era 6,6'-dibromoindigo (rojo). El 6-bromoíndigo (violeta) también es un componente. Nunca se ha producido con fines comerciales. Sin embargo, el azul de Ciba relacionado (5,7,5 ′, 7′-tetrabromoindigo) tiene valor comercial.
El índigo y sus derivados que presentan enlaces de hidrógeno intra e intermoleculares tienen una solubilidad muy baja en disolventes orgánicos. Pueden hacerse solubles utilizando grupos protectores transitorios como el grupo tBOC , que suprime los enlaces intermoleculares. El calentamiento del índigo tBOC da como resultado una desprotección térmica y una regeneración eficaces del pigmento con enlace H original.
El tratamiento con ácido sulfúrico convierte el índigo en un derivado azul verdoso llamado índigo carmín (índigo sulfonado). Estuvo disponible a mediados del siglo XVIII. Se utiliza como colorante para alimentos, productos farmacéuticos y cosméticos.
El índigo como semiconductor orgánico
Se sabe que el índigo y algunos de sus derivados son semiconductores orgánicos ambipolares cuando se depositan como películas delgadas por evaporación al vacío.
Seguridad y medio ambiente
El índigo tiene una baja toxicidad oral, con una DL 50 de 5000 mg / kg en mamíferos. En 2009, se informó de grandes derrames de tintes azules aguas abajo de un fabricante de jeans azules en Lesotho .
Se ha descubierto que el compuesto actúa como agonista del receptor de hidrocarburo arilo .
Referencias
Otras lecturas
- Balfour-Paul, Jenny (2016). Índigo: de las momias egipcias a los tejanos . Londres: Prensa del Museo Británico. pp. 264 páginas. ISBN 978-0-7141-1776-8.
- Ferreira, ESB; Hulme AN ; McNab H .; Quye A. (2004). "Los componentes naturales de los tintes textiles históricos" (PDF) . Reseñas de la Sociedad Química . 33 (6): 329–36. doi : 10.1039 / b305697j . PMID 15280965 .
- Sequin-Frey, Margareta (1981). "La química de los tintes vegetales y animales" (PDF) . Revista de educación química . 58 (4): 301. Código Bibliográfico : 1981JChEd..58..301S . doi : 10.1021 / ed058p301 .