Синтетические красители

В конце XVIII века стали появляться искусственные красители, что изменило жизнь людей, занимавшихся красильным делом на протяжении многих столетий. Первым искусственным красителем была пикриновая кислота (тринитрофенол). Мы говорили об этом веществе, когда обсуждали изготовление взрывчатки в Первую мировую войну.

Пикриновая кислота (тринитрофенол)

Впервые это соединение было синтезировано в 1771 году, а с 1788 году его стали применять для окраски шерсти и шелка. Пикриновая кислота придавала ткани замечательно яркий желтый цвет, однако недостатком этого вещества была его взрывоопасность, которой не обладают натуральные желтые красители. Кроме того, пикриновая кислота неустойчива на свету и довольно сложна для синтеза.

Синтетический ализарин хорошего качества и в достаточном количестве появился в 1868 году, а синтетическое индиго — в 1880 году. Кроме того, появились совершенно новые красители, которых не существует в природе. Они давали стойкое, яркое окрашивание и воспроизводимый результат. В 1856 году 18-летний Уильям Генри Перкин синтезировал искусственный краситель, который кардинально изменил красильное производство. Перкин изучал химию в Королевском химическом колледже в Лондоне. Его отец был строителем и не видел большого смысла в занятии химией, которая, ему казалось, не могла сделать сына обеспеченным человеком. Однако Перкин доказал, что его отец ошибался.

Во время пасхальных каникул в 1856 году в крошечной домашней лаборатории Перкин попытался синтезировать противомалярийный препарат хинин. Его наставник, немец Август Вильгельм Гофман, был уверен, что хинин можно синтезировать из веществ, содержащихся в каменноугольной смоле — том самом маслянистом веществе, из которого несколькими годами позже английский врач Джозеф Листер выделил фенол. Структура хинина была неизвестна, однако он пользовался огромным спросом из-за противомалярийных свойств. Британская империя и другие колониальные державы расширяли свои владения в малярийных районах Индии, Африки и ЮгоВосточной Азии. Единственным средством для лечения и предотвращения малярии был хинин, который получали из коры южноамериканского хинного дерева.

Химический синтез хинина стал бы огромным достижением, но, увы, ни один из экспериментов Перкина не удался. Правда, однажды у него получилось черное вещество, которое при растворении в этиловом спирте превращалось в ярко окрашенную пурпурную жидкость. Перкин опустил в нее несколько лоскутов шелка, и ткань впитала краситель. Химик попробовал отстирать ткань горячей водой с мылом — безуспешно. Тогда он положил окрашенные лоскуты на солнце, но краска не выгорела. Зная, что красильная промышленность нуждается в недорогом и доступном источнике пурпура для окрашивания хлопка и шелка, Перкин отправил образец окрашенной ткани крупнейшей шотландской компании по производству текстильных красителей. Ответ был обнадеживающим: “Если ваше открытие не слишком увеличит себестоимость нашей продукции, то оно, безусловно, является одним из важнейших открытий последних лет”.

Это Перкину и было нужно. Покинув колледж, он при финансовой поддержке отца запатентовал свое открытие, организовал небольшое производство, чтобы выпускать краситель в большем масштабе и по разумной цене, и занялся изучением проблем, связанных с окрашиванием шерсти, хлопка и шелка. К 1859 году мовеин Перкина (от фр. mauve — мальва) завоевал мир моды. Этот цвет стал любимым цветом императрицы Евгении и французского двора. Королева Виктория надевала платье такого цвета на свадьбу дочери и на открытие Всемирной выставки в 1862 году. После одобрения со стороны французской и английской знати популярность нового цвета выросла настолько, что 60-е годы XIX века окрестили “лиловым десятилетием”. Почтовые марки в Англии окрашивали в этот цвет до конца 80-х годов XIX века.

Открытие Перкина имело далеко идущие последствия. Это был первый многостадийный синтез органического вещества, который стал прототипом для многих аналогичных процессов получения различных красителей из отходов угольной промышленности. Такие краски называют анилиновыми. К концу XIX века существовало уже около двух тысяч синтетических красителей для тканей. Химические краски быстро вытеснили натуральные, применявшиеся тысячелетиями.

Хинин не принес Перкину состояния, но это сделал мовеин и другие красители. Перкин был первым человеком, который доказал, что знание химии может приносить прибыль. Открытие Перкина, кроме того, продемонстрировало важную роль структурной органической химии — отдела химии, занимающегося изучением связей атомов в молекулах. Чтобы создавать новые краски, нужно знать химическую структуру веществ, в том числе структуру давно известных природных красителей, таких как ализарин и индиго.

Эксперимент Перкина был построен на ошибочной химической гипотезе. В то время было известно, что хинин имеет химическую формулу C20H24N2O2, однако о строении этого вещества не знали почти ничего. Кроме того, Перкин знал, что другое химическое вещество, аллиламинотолуол, имеет формулу C10H13N, и ему казалось, что соединение двух молекул аллиламинотолуола в присутствии окислителя, такого как бихромат калия, может привести к образованию хинина.

Когда смотришь на это уравнение, идея Перкина не кажется бессмысленной, однако теперь мы знаем, что такой реакции не бывает. Не зная реальной структуры аллиламинотолуола и хинина, нельзя представить себе химические стадии превращения одного вещества в другое. Вот почему полученная Перкином молекула, мовеин, была совсем не похожа на то, что он собирался синтезировать.

До сегодняшнего дня структура мовеина остается загадкой. Исходные вещества в экспериментах Перкина были выделены из каменноугольной смолы и содержали многочисленные примеси. Сейчас считается, что полученный им цвет объясняется присутствием смеси близкородственных соединений. Главным ее компонентом, по-видимому, было вот это вещество:

Часть молекулы мовеина, ответственного за цвет изобретенного Перкином красителя

Принятое Перкином решение о коммерческом производстве красителя было чрезвычайно смелым. Перкин был молодым студентом-химиком, практически ничего не знавшим о производстве красок и не имевшим совершенно никакого опыта крупномасштабного производства. Кроме того, его способ синтеза давал очень малый выход: не более 5 % теоретически возможного. В дополнение к этому необходимо было иметь постоянный запас каменноугольной смолы — исходного материала для синтеза. Опытного химика подобные проблемы могли бы ввергнуть в уныние, так что успех Перкина в значительной степени связан с тем, что он не испугался своей неопытности. Не имея перед глазами готового процесса для копирования, он должен был самостоятельно изобретать и тестировать новые аппараты и методы. И он нашел способы масштабирования своего процесса: заказал большие стеклянные емкости, поскольку металлические контейнеры подвергались коррозии под действием кислоты, предусмотрел систему охлаждения, предотвращавшую перегрев реакционной смеси, контролировал ход процесса, чтобы избежать взрыва и выделения токсичного газа. В 1873 году Перкин продал свою фабрику, проработавшую пятнадцать лет. Он стал состоятельным человеком и провел остаток жизни за изучением химических реакций в своей домашней лаборатории.

Дата добавления: 2015-11-26