Universidade Federal do Rio de Janeiro Instituto de Química Antônio Luís dos Santos Lima, Maria Helena G. Pereira, Luiz Henrique P. Ângelo da Cunha Pinto CORANTES SINTÉTICOS A QUÍMICA DAS CORES As cores sempre exerceram fascínio sobre a humanidade. Sabe-se que os caçadores do Período Glacial pintavam, com fuligem e ocre, as paredes das cavernas reservadas ao culto, criando obras que existem há milênios. Muitos dos velhos tecidos encontrados em múmias egípcias eram coloridos. Em toda a história, corantes e pigmentos tiveram um papel importante nas atividades comerciais. Até o século XIX, a maioria dos materiais corantes eram obtidos a partir de fontes naturais, com especial relevância para os corantes vegetais que apresentavam sérias limitações devido à falta de brilho, fraca fixação e escassas graduações de cor. As cores são resultado da absorção de radiação eletromagnética na faixa da luz visível e estão relacionadas com comprimentos de onda particulares. O vermelho, por exemplo, corresponde à faixa entre 480 a 530 nm, e o azul, de 600 a 700 nm. Os compostos orgânicos podem absorver radiação eletromagnética. Porém, a absorção de radiação na faixa da luz visível se deve à presença de grupos cromóforos ligações duplas conjugadas - na estrutura dos compostos. Estruturalmente, um dos únicos aspectos comuns a praticamente todos os corantes é a presença de um ou mais
anéis benzênicos.com essa propriedade os químicos podem criar substâncias ou misturas de substâncias com as mais variadas cores e com os mais variados empregos. Em 1856, o químico inglês William Henry Perkin obteve, acidentalmente, o primeiro corante sintético, a mauveína, dando início à produção de novas matérias-primas. Imediatamente, Perkin patenteou sua descoberta, formou uma indústria e logo começou a produção de novos corantes artificiais. mauveína Atualmente, são comercializados mais de oito mil compostos corantes, dos quais 90% são sintéticos. Até o corante índigo, um dos mais utilizados, foi obtido sinteticamente em 1880, por Karl Heumann.
índigo tintas e plásticos. No fim do século XIX, fabricantes de corantes sintéticos estabeleceram-se na Alemanha, Inglaterra, França e Suíça suprindo as necessidades das indústrias que fabricavam tecidos, couro e papel sendo absorvido também pelas indústrias alimentícias, de cosméticos, Shopping de tecidos em Marrocos Como a demanda é grande e variada, os químicos são desafiados a produzir compostos com propriedades particulares. Idealmente, devem ser estáveis a luz e aos processos de lavagem. Também devem apresentar fixação uniforme.
Atualmente, metade do volume total de corantes sintéticos produzidos no mundo é usado em tintas de impressão, um quarto usado em tintas para a construção civil e o resto para colorir plásticos, cerâmicos, cimentos, tecidos, papéis, velas, alimentos, cosméticos, farmacêuticos, entre outros. Os corantes sintéticos representam uma boa alternativa e são viáveis comercialmente. Contudo, necessitam de mais estudos abordando suas desvantagens e efeitos tóxicos para a saúde humana. TIPO APLICAÇÕES EFEITOS ADVERSOS Amarelo Crepúsculo Azul Brilhante Cereais, balas, coberturas, xaropes, laticínios, gomas de mascar Laticínios, balas, cereais, queijos, recheios, gelatinas, licores, refrescos A tinta azóica, em algumas pessoas, causa alergia, urticária e problemas gástricos Pode causar hiperatividades, eczema e asma. Amaranto Bordeaux) (Vermelho Cereais, balas, geléias, sorvetes, xaropes, coberturas Deve ser evitado por pessoas sensíveis à aspirina, Foi proibido em vários países Vermelho eritrosina Indigotina (azul escuro) Gelatinas, laticínios, geléias, refrescos Gomas de masar, bebidas, balas, iogurtes, etc. Tóxico, Contém 557 mg de iodo/g de produto, Pode causar hipertireoidismo Pode cauar náuseas, vômitos, problemas respiratórios e hipertensão Vermelho Ponceau 4R Frutas em calda, refrescos, polpas artificiais, cereais, refrigerantes Evitado por pessoas sensíveis à aspirina e asmáticas. Pode causar anemia e doenças renais
Amarelo Tartrazina Laticínios, cereais, iogurtes, fermentados Pode causar reações alérgicas e insônia, nocivo para a flora intestinal Vermelho 40 Xaropes para bebidas, refrigerantes, geléias Problemas respiratórios, eczema Por que a maioria dos corantes sintéticos atuais são compostos orgânicos? A chave está na flexibilidade dos átomos de carbono, que podem se combinar e criar uma grande variedade de estruturas anéis, cadeias e ramificações. Desse universo, surge um grupo de moléculas com atributos intensos relacionados à cor e, dentre elas, as menos tóxicas e de fabricação mais barata são comercializadas como corantes. A maioria dos corantes é solúvel em água. Então como podem ser usados em tintas e na indústria têxtil? Comumente, utiliza-se uma substância chamada mordente para fixação. São formados por metais de transição que possuem a capacidade de se complexar com grupos característicos presentes nas estruturas das fibras, facilitando a fixação dos corantes. Exemplos são os sulfatos de cobre, ferro, alumínio e estanho. Geralmente, os corantes são aplicados com um banho no tecido em uma solução aquosa do corante. Este deve migrar para a fase sólida (tecido) e não sair com adição de água, evitando assim a perda da cor. A retenção das partículas do corante pelas fibras do tecido envolve várias forças atrativas, incluindo interação iônica, forças de Van der Waals e ligação hidrogênio. As interações iônicas ocorrem no caso de corantes aniônicos (ácidos) ou catiônicos (básicos). As interações intermoleculares também estão presentes. Tanto as fibras como os corantes possuem grupos com átomos de oxigênio, nitrogênio ou enxofre, altamente polares. Grupos OH são capazes de fazer ligações hidrogênio; grupos fenólicos além dessas ligações ainda atuam como auxócromos deslocam o comprimento de onda de absorção característico do grupamento cromóforo.
Esquema de interação fibra-corante Foram desenvolvidos em 1956 os corantes reativos que apresentam ligações covalentes. Neste processo, um grupo reativo é introduzido no corante, que liga-se covalentemente às moléculas do tecido. Os primeiros corantes possuíam um grupo diclorotriazina. Os átomos de cloro podem facilmente ser substituídos por grupos OH ou NH 2, existentes nas fibras - algodão e lã, por exemplo. Outro tipo de corante foi desenvolvido pela Hoescht, que são ligados a um grupo reativo eletrofílico de vinilsulfona (VS) que reage com a fibra: corante- SO 2 -CH=CH 2 + HO-celulose corante-so 2 -CH 2 -CH 2 -O-celulose. Corante reativo de diclorotriazina Os corantes azóicos formam o maior grupo de corantes sintéticos. São produzidos pelo processo de diazotação descoberto por Peter Gries em 1862: uma amina aromática é dissolvida em ácido resfriado e misturada com uma solução de nitrito de sódio. Formam-se
sais de diazônio Ar-N=N + _ Ar-N + _N, que rapidamente reagem com outros compostos aromáticos que têm tendência a ceder elétrons, formando compostos Ar-N=N-Ar numa reação chamada acoplamento. A coloração observada nos compostos azóicos deve-se pelo fato da ligação azo -N=N- provocar a conjugação dos anéis aromáticos que possibilita a absorção de radiação na faixa da luz visível. Os corantes azóicos apresentam uma grande vantagem de poderem ser aplicados diretamente nos tecidos. O primeiro corante desenvolvido foi o Congo Red. Neste processo, o tecido primeiramente é tratado com a molécula de acoplamento, e então, imerso em uma solução do respectivo sal de diazônio formando o corante diretamente no tecido. Este método foi patenteado em 1880. Congo Red Os primeiros corantes sintéticos eram derivados do trifenilmetano, que em geral era obtido a partir da anilina ou da toluidina. Logo após, vários químicos começaram a trabalhar com derivados da antraquinona para a preparação de corantes. Hoje, este é o segundo maior grupo de corantes utilizados. Em 1901, Bohn produziu um substituto para o índigo, a partir da 2-aminoantraquinona. A BASF, empresa onde Bohn trabalhava, logo começou uma longa série de corantes análogos, e muitos são vendidos até hoje. Em torno da mesma época, o químico alemão Adolph von Baeyer descobriu que o aquecimento do anidrido ftálico com resorcinol (1,3-dihidroxibenzeno) em solução aquosa produzia um novo composto, capaz de tornar a solução muito fluorescente; por isso foi chamado fluoresceína. Até hoje este composto é empregado nas placas de sinalização em rodovias brasileiras. Vários derivados da fluoresceína são hoje utilizados como corantes, tal como a eosina (tetrabromofluoresceína), que é largamente empregado como corante vermelho em cosméticos, tintas e papéis. Seu análogo eritrosina (tetraiodofluoresceína) é usado como corante vermelho em alimentos. A
fluoresceína é um xanteno, uma classe de compostos também largamente empregados como corantes. Alguns corantes chamados corantes Dispersos foram especialmente desenvolvidos para tingir o acetato de celulose e algumas fibras sintéticas novas. Contêm usualmente a etanolamina ( NHCH 2 CH 2 OH), ou um radical semelhante, que contribui para torná-los mais dispersíveis em água e mais facilmente absorvidos. Os corantes azóicos ácidos são usados para tingir fibras de poliamida, com grupos NO 2, -SO 3 H e -COOH. Possuem uma resistência insuficiente frente aos álcalis e sabões, embora sejam resistentes à luz. Os corantes básicos são, na sua maioria, derivados amino sendo empregados principalmente nas tintas para impressão. Uma nova moda entra a cada estação: novos tecidos, novos cortes, novos cosméticos, alimentos para todos os tipos de gostos... enfim, novas cores. É por isso que o trabalho do Químico não pára, e esta é uma área de pesquisa crescente na química moderna. Como importamos, ainda, quase que todos os corantes utilizados em nossas indústrias, é natural se esperar que ocorram mais incentivos financeiros para trabalhos neste campo. Bibliografia BARUFFALDI, R. & OLIVEIRA, M.N. Fundamentos de Tecnologia de Alimentos. V.3. Rio de Janeiro: ATHENEU, p. 179-181, 1998. MARCH, J. Advanced Organic Chemistry. 4 a ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1992. 1495p. MORRISON, R.T. & BOYD, R.N. Química Orgânica. 5 a ed. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1972. 1394 p. SHREVE, R.N. & BRINK Jr., J.A. Indústrias de Processos Químicos. 4 a ed. Rio de Janeiro: Guanabara, 1977.
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