Влияние строения молекул антрахиноновых красителей на пожароопасные свойства

ВЛИЯНИЕ СТРОЕНИЯ МОЛЕКУЛ АНТРАХИНОНОВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ НА ПОЖАРООПАСНЫЕ СВОЙСТВА

А.В. Кравцов, курсант, Ю.Н. Сорокина, доцент, к.т.н., Т.В. Черникова, доцент, к.х.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

В настоящее время мировое производство синтетических красителей достигает миллиона тонн в год. Красители применяются для окрашивания природных и синтетических волокон, пластических масс, резины, бумаги, дерева, кожи, меха и др. В связи с появлением новых материалов повышаются требования к качеству окрашивания, поэтому ассортимент выпускаемых красителей постоянной расширяется.

Синтетические красители преимущественно представляют собой порошкообразные горючие вещества. Находясь во взвешенном состоянии в воздухе, они могут создавать опасность возникновения пожаров или взрывов. Следовательно, для разработки системы мер по обеспечению пожаровзрывобезопасности на складах при хранении красителей, в производственных помещениях, при непосредственном их использовании, а также во время транспортировки красителей необходимо располагать сведениями о пожароопасных свойствах данных соединений.

Актуальной задачей современной химической науки является разработка универсальных теоретических методов прогнозирования различных свойств химических соединений, сводящих к минимуму временные и материальные затраты на экспериментальные исследования. Такие методы базируются на накопленных к настоящему времени справочных данных и позволяют спрогнозировать свойства новых химических соединений.

Одним из перспективных методов прогнозирования свойств веществ является метод QSPR (Quantitative Structure - Property Relationship), основанный на установлении корреляции между определенным свойством вещества и строением его молекулы, которое описывается с помощью дескрипторов [1]. Установлено, что дескрипторный метод дает удовлетворительные результаты при прогнозировании пожароопасных свойств веществ, в частности, температуры вспышки органических соединений [2, 3].

Задача настоящей работы - анализ влияния химического строения молекул красителей на их пожароопасные свойства с целью дальнейшего применения полученных сведений для установления корреляционной взаимосвязи структура -свойство, позволяющей прогнозировать пожароопасные показатели данных соединений.

В качестве объектов исследования выбран класс антрахиноновых красителей, представляющих собой производные антрахинона, содержащие гидроксильные группы, аминогруппы и другие заместители [4]. Структурные формулы исследуемых красителей приведены на рисунке, пожароопасные свойства [5] представлены в таблице.

о

он

о

он

о

он

МНо

о он

Хинизарин

о он

Пурпурин

о

2-Аминоантрахинон

о

2

о

о

МН,

КН9

о—сн

о

1,2-Диаминоантрахинон

о МН

о он

Дисперсный красный 2С

о Н^СН3

3

о он гГ^^

Дисперсный розовый Ж

о

N

о

о

о

он

_ о нм-сн2-сн2-он

Дисперсный фиолетовый 2С Дисперсный синий К Дисперсный рда°вьш 2С ПЭ

Рис. Структурные формулы исследуемых красителей

Как следует из рисунка и данных, приведенных в таблице, появление в структуре антрахинона различных функциональных групп и других заместителей приводит к существенному изменению значений пожароопасных показателей. Так, температура самовоспламенения красителей по сравнению с антрахиноном существенно понижается при появлении в структуре молекул гидроксильных и алкильных групп.

Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) -важнейший показатель пожаровзывоопасности сухих порошкообразных материалов, на основе которого их классифицируют на взрыво- и пожароопасные вещества. Из таблицы следует, что присутствие различных функциональных групп способствует повышению НКПР по сравнению с антрахиноном. Наибольшее значение НКПР среди рассматриваемых соединений имеет краситель дисперсный розовый 2С ПЭ, что может быть обусловлено его неполным сгоранием из-за присутствия в структуре молекулы фенокси-группы. Самое низкое значение НКПР наряду с антрахиноном имеет краситель дисперсный фиолетовый 2С, что можно объяснить наличием аминогруппы, которая повышает взрывчатость вещества.

Структура молекул также оказывает влияние на максимальное давление взрыва. Из имеющихся данных можно сделать вывод, что наличие аминогрупп способствует снижению данного показателя.

Таким образом, приведенные данные подтверждают наличие взаимосвязи между строением красителей и их пожароопасными свойствами и могут быть использованы при разработке методов прогнозирования пожароопасности на основе расчета дескрипторов.

Таблица

Пожароопасные показатели [5] антрахинона и некоторых антрахиноновых _красителей_

№ Название вещества Температура НКПР, г/м3 Максимальное

п/п самовоспламенения, °С давление

аэрогеля аэровзвеси взрыва, кПа

1 Антрахинон 620 640 30 840

2 Хинизарин 630 47 850

3 2-Аминоантрахинон 620 625 50 690

4 1,2-Диаминоантрахинон 630 - 61 800

5 Пурпурин 513 490 84 855

6 Дисперсный розовый Ж 510 520 40 -

7 Дисперсный синий К 460 550 50 -

8 Дисперсный розовый 2С ПЭ - 620 230 -

9 Дисперсный фиолетовый 2С 630 - 34 690

10 Дисперсный красный 2С 630 600 60 -

Список использованной литературы

1. Раевский О.А. Дескрипторы молекулярной структуры в компьютерном дизайне биологически активных веществ // Успехи химии. - 1999. - Т. 68. - Вып. 6. - С. 555-576.

2. Калач А.В., Сорокина Ю.Н., Черникова Т.В., Чуйков А.М. Дескрипторный метод в прогнозировании пожароопасности органических веществ // Пожаровзрывобезопасность. - 2014. - Т. 23. - № 9. - С. 38-44.

3. Алексеев С.Г., Алексеев К.С., Смирнов В.В., Барбин Н.М. Температура вспышки. Ч. IV. Дескрипторный метод расчета // Пожаровзрывобезопасность. -2014. - Т. 23. - № 5. - С. 18-37.

4. Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей. - М.: Химия, 1984. - 592 с.

5. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справочник. В 2-х ч. - М.: Пожнаука, 2004. Ч. I. - 713 с. - Ч. II. - 774 с.