NO LABORATRIO 75

Sntese de corantes eaplicao a fibras txteis

JOO C . V . P . MOURA*

I

E RECONHECIDO O PAPEL FUNDAMENTAL DOtrabalho laboratorial com o objectivode incentivar o aluno para a descobertada cincia e de estimular a sua aprendi-zagem. Nesse sentido, e de forma acomplementar a exposio terica dotema da cor, prope-se uma demonstra-o laboratorial que envolve a sntesequmica de um corante e a sua aplica-o posterior a fibras txteis.

Introduo

A cor fascinou o homem desde a origemda civilizao desempenhando hoje umpapel extremamente impo rtante dado oseu vasto campo de aplicao no spara fins puramente funcionais, mastambm estticos [1-4]. A compreensodos fenmenos que lhe esto associa-dos, constituiu um mistrio durante mi-lhares de anos, que, graas ao progres-so cientfico, se encontra hoje ao nossoalcance.

O fenmeno da cor envolve muitos cam-pos da cincia. A cor de um corante determinada pela estrutura qumicasendo resultante da interaco entre aluz e a matria fotofsica. Estas inte-races so capazes de destruir o co-

rante bem como as fibras txteis foto-qumica. A luz absorvida pela retina doolho resulta num estmulo nervoso en-viado ao co rtex cerebral neurofisiolo-gia e que interpretado pelo crebro psicologia. A par do progresso cientfi-co verificado nas diversas reas da cin-cia e que possibilitou a compreensodeste fenmeno, ainda possvel, devi-do ao desenvolvimento da cincia da

"medio da cor", efectuar com exacti-do, estudos de previso da cor com

base na estrutura qumica.

Os corantes so compostos que podem

ser usados para dar cor a uma grandevariedade de materiais tais como, teci-dos, curtumes, penas, cabelo e alimen-

tos, mantendo um grau de permannciarazovel. At ao sculo XIX, a maioria

das matrias corantes eram obtidas apa rtir de fontes naturais, com especialrelevo para os corantes vegetais e apre-

sentavam srias limitaes devido

falta de brilho, fraca fixao e escassasgraduaes de cor.

A era dos corantes naturais terminou

em 1856, quando Perkin obteve, aci-dentalmente, o primeiro corante sintti-co mauvena marcando o incio daproduo de novas matrias primas (mi-lhares de compostos foram preparados

e ensaiados) com repercusses na pr-tica do tingimento.

Os corantes sintticos so divididos emgrupos de acordo com a sua estrutura eos mtodos pelos quais se ligam fibra

[5]. A natureza da fibra muito impor-tante pois a sua estrutura determina o

tipo do corante a ser utilizado e o seumtodo de aplicao. Podem ser classi-

ficadas em fibras animais (l, seda), fi-bras vegetais (algodo, linho) e fibrassintticas (nylon, terylene, acetato decelulose, etc.) [6].

O trabalho encontra-se dividido em trsfases:

1. Sntese do cido sulfanlico

2. Sntese e caracterizao do alaranja-do de metilo

3. Tingimento de fibras txteis

A sntese do corante, alaranjado de me-tilo, compreende duas aulas laborato-riais. Na primeira, sintetizado o cidosulfanlico a pa rtir da anilina, sendo pu-rificado por recristalizao, e na segun-da preparado o corante por diazotaoda anilina e acoplamento com N,N-di-metilanilina.

A aplicao dos corantes s fibras tx-teis efectuada na terceira aula atravsde um tingimento por esgotamento. Naseco "actividades na sala de aula" sodados outros exemplos de corantes co-merciais compreendendo outras gamasde cores do espectro visvel e que sotambm aplicados s fibras txteis atra-vs de tingimento por esgotamento.

Este trabalho pode ser orientado de doismodos distintos, conforme se trate dealunos do ensino secundrio ou do en-sino superior, dependendo , o grau deprofundidade do nvel de conhecimen-tos dos alunos.

Procedimento Experimental

Sntese do cido sulfanlico

A anilina tratada com excesso de cidosulfrico concentrado (esquema 1), for-mando-se hidrogenossulfato de anilnioque, por aquecimento, se transforma emcido sulfanlico (cido p-aminossulfni-co) [7]. 0 cido sulfanlico preparado um intermedirio na sntese de um co-rante, o alaranjado de metilo.

*Departamento de Qumica, Universidade do Minho, 4700-320, Bragae-mail: jmoura@quimica.uminho.pt

cido sulfanlico

NH 2 NH2-NH 3 [S03]^

H0 3S

HSO4

H2SO4

N=N CI1. NaNO2

NH2 Na03S2. HCI

NaO S

C H3

N=N

/C H3N\

C H3

C H3 HO S

Alaranjado de metilo

76 QUMICA

Esquema 1

Num balo de 250 ml, coloque anilina(10 ml) e adicione, lentamente, cidosulfrico concentrado (20 ml), agitandoconstantemente. Mantenha a misturafria, mergulhando o balo em gua devez em quando. Separam-se cristaisbrancos de hidrogenossulfato de anil-nio. Junte ento, cuidadosamente,cido sulfrico fumante a 30% (10 ml)(cido sulfrico concentrado que con-tm 30% de trixido de enxofre dissolvi-do). Depois de colocar o condensadorno balo e de ligar a circulao de gua,aquea a mistura num banho de leo a180-190C durante uma hora. Deixe ar-refecer e verta o contedo do balo, cui-dadosamente, em gua fria, agitandoconstantemente. Espere cerca de 5 mi-nutos e filtre o cido sulfanlico, lavan-do-o com gua fria. Recristalize comcerca de 50 ml de gua e um pouco decarvo activado. Seque os cristais, pri-meiro em papel de filtro e depois numexsicador com cloreto de clcio. Pese ocido sulfanlico obtido e coloque-o numfrasco devidamente etiquetado. Calculeo rendimento da reaco.

Sntese do alaranjado de metilo (AcidOrange 52; C.I. 13025)

Quando se adiciona cuidadosamenteHCI a uma soluo que contm nitritode sdio e o sal de sdio do cido sulfa-nlico, forma-se o cloreto de diazniorespectivo [81, precipitando o produto(esquema 2). Juntando cloreto de dime-tilanilnio soluo, d-se uma reacode acoplamento, formando-se o alaran-jado de metilo [9]. Se adicionarmos hi-drxido de sdio, o sal de sdio do ala-ranjado de metilo, que praticamenteinsolvel, precipita.

Num copo de 400 ml dissolva carbona-to de sdio (2 g) em gua (50 ml); juntecido sulfanlico finamente pulverizado(7 g) e aquea ligeiramente at obteruma soluo lmpida. Adicione entouma soluo de nitrito de sdio (2.2 g)em gua (10 ml). Arrefea a misturanum banho de gua-gelo at que a tem-peratura desa a 5C. Adicione ento,gota a gota, uma soluo de HCI con-centrado (8 ml) em gua (15 ml), nodeixando que a temperatura ultrapasseos 10 C. Terminada a adio, deixe a

mistura no banho refrigerante durantecerca de 15 minutos. Durante esse pe-rodo, depositam-se cristais cor de rosa.

A uma soluo de HCI concentrado (4ml) em gua (10 ml) junte N,N-dimeti-lanilina (4 ml); arrefea em gelo e junte-a cuidadosamente mistura do passoanterior. Espere 5 minutos e adicioneento lentamente, agitando sempre,uma soluo aquosa de NaOH 10% atque a mistura adquira uma cor laranjauniforme (cerca de 50 ml). Aquea amistura a 50-55C, agitando sempre.Assim que todo o slido estiver dissolvi-do, adicione cloreto de sdio finamentepulverizado) (10 g) e continue a aque-cer at o cloreto estar dissolvido (nodeixe a temperatura subir demasiado).Deixe arrefecer a mistura, primeiro temperatura ambiente e depois, numbanho de gelo. Filtre os cristais e recris-talize-os com cerca de 100 ml de gua.Deixe secar na estufa temperatura de50C e pese. Calcule o rendimento dareaco.

Determine o grau de pureza do produtopor cromatografia em camada fina

Esquema 2

(T.L.C.). Se necessrio, recristalize no-vamente (Rf=0.6; slica; eluente n-bu-tanol:n-propanol:acetato de etilo:gua,2:4:1:3).

Anlise Espectroscpica

A identificao do alaranjado de metilopode ser feita recorrendo espectros-copia de IV, Vis e RMN (ressonnciamagntica nuclear) e por comparaocom os dados existentes na literatura[ 10].

Traar os espectros de Vis (em gua), IV(em KBr), 'H e 13C (em sulfxido de di-metilo deuterado) do alaranjado de me-tilo.

Os espectros de absoro Vis, de IV ede RMN encontam-se representadosnas figuras 1 a 5. A figura 1 apresentatambm uma tabela com as frequn-cias mais impo rtantes do espectro, dasquais se destacam a banda a 3442 cm - '(elongamento do grupo OH do cidosulfnico), 1608 cm ' (provavelmente, oelongamento do grupo azo) e 1189 cm - '(elongamento S=0).

O espectro de 13C RMN da figura 5, uti-lizando a tcnica DEPT ("distortionlessenhancement by polarization transfer")permitiu atribuir os sinais aos carbonosligados a protes. A Tabela 1 apresentauma atribuio completa dos espectrosde RMN.

Tingimento com corantesdirectos

O tingimento por esgotamento consistena imerso da fibra numa soluoquente do corante em gua. Foram se-leccionados, para alm do alaranjadode metilo, outros corantes cidos (saisde sdio de cidos sulfnicos), de fcilobteno comercial [11], cuja aplica-o est descrita na seco "activida-des na sala de aula".

Num recipiente com gua (200 ml),adicione cido actico glacial (0.5 ml)Z

ABS

0.200

0.100

0.000350 0 400.0 500.0 600.0

WAVELENGTH

0.300

0 400

0.500

700.0

QUMICA 77

figura 1 Espectro de absoro de UV-Vis do corante

100.00-%T

^

^

I

I I000

3500 3000,

2500 2000 1500 10004000

Dados do espectro de IV da Fig. 2:

(cm') (%T) (cm-1) (%T) (cm-1) (%T) (cm') (%T)3442 25 1519 35 1313 54 945 57

2905 47 1443 47 1189 13 847 35

2815 52 1421 35 1121 9 818 28

1608 11 1391 41 1041 14 748 47

1566 40 1368 22 1007 37 699 23e introduza nessa soluo a amostra del. Aquea a soluo at 40C, retire aamostra e adicione o alaranjado de me-tilo (0.1 g), agitando com uma vareta de

figura 2 Espectro de IV em KBr do corante e respectiva Tabela.vidro ate obter uma soluo. Coloque

figura 3 Espectro de 'H RMN do corante

78 I QUMICA

iuli1 141 121

^..u.. .. ...i 1.

0121 111

....., ...., l ,. u..v

figura 4 Espectro de "C RMN do corante

figura 5 Espectro de "C RMN (DEPT) docorante

Tabela 1 Desvio qumico (b) e atribuio dos sinais de 1H e 13C

H3C\/N

H3C/SO3Na

6 ' 5'

a

13C RMN

carbono n (ppm)#1' 152.824 152.514' 148.541 142.703'5 ' 126.802'6' 125.1126 121.4835 111.75N(CH3)2 40.04

c

3'N=N

1 H RMN

proto S (ppm)'Ha 7.778Hb 7.730Hc 7730Hd 6.807N(CH3)2 3.029

* Os protes aromticos foram atribudos de acordo com a literatura [10]. Foramconfirmados atravs das constantes de acoplamento dos dupletos (a 7.778 e6.807 ppm) e da irradiao a 6.807 ppm que transformou o dupleto a 7.778ppm num singleto.# Os carbonos foram atribuidos de acordo com a literatura [10] e pela tcnicaDEPT, que permitiu identificar os carbonos ligados a protes.

Esquema 3

H3C HO

N=N

N H2

H3C

N2

QUMICA 79

novamente a amostra txtil, aquea emantenha em ebulio durante trintaminutos. Retire e lave com gua.

O tingimento pode ser efectuado usan-do poliamida e seda.

Tingimento com corantes azicos

Esta classe de compostos compreendetodos os corantes azoa cuja formaoocorre na prpria fibra, o algodo. in-teressante comparar os nveis de fixa-o na fibra de classes diferentes de co-rantes pelo que sugerido estetingimento com um corante azico. Aexperincia, descrita na seco "activi-dades na sala de aula" utiliza o "Primu-line", uma amina aromtica, que napresena de cido clordrico e nitrito desdio, se converte no sal de diazniorespectivo (Esquema 3). Uma vez for-mado, este reage com 2-naftol originan-do um corante azo.

Solidez lavagem

Esta experincia permite comparar asolidez lavagem das duas classes decompostos. No tingimento com o coran-te azico a solidez lavagem muitosuperior j que o corante produzido nafibra insolvel em gua, enquanto queno tingimento directo o corante solvelno retido eficazmente pela fibra.

Coloque uma fraco do tecido tingidonum banho de gua (100 ml) contendodetergente (0.5 g), carbonato de sdio(0.2 g) e aquea a 60C durante vinteminutos. Retire o tecido, enxague emgua corrente e compare o nvel de fi-xao do corante com a amostra nosubmetida ao ensaio.

Bibliografia

[1] K. Nassau, "Color for Science, Art andTechnology", Elsevier Science B. V., NewYork, 1998.

[2] R. M. Christie, "Colour Chemistry", RSCPaperbacks, Royal Society of Chemistry,Cambridge, 2001.