ТЕТРА-4-({[(5''-СУЛЬФОНАФТИЛ)-1''-АЗО]ФЕНИЛЕН-1',4'}ОКСИ)ФТАЛОЦИАНИН
TETRA-4-({[(5"-SULPHONAPHTHYL)-1"-AZO]PHENYLENE-1',4'}OXY)PHTHALOCYANINE

Введение
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению нового замещенного фталоцианина, конкретно тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианина, который может найти применение в качестве красителя для крашения целлюлозного и белкового волокон.
Уровень техники
Известно соединение [Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей. Учебн. для вузов. - Изд. 3-е.; перераб. и доп. - М.: Химия, 1984. - 592 с.], являющееся структурным аналогом заявляемого соединения, - фталоцианин формулы
Незамещенный фталоцианин используется как пигмент зеленовато-голубой фталоцианиновый. Однако данное соединение ограничено растворяется лишь в α-хлорнафталине и не обладает растворимостью в водных средах и, вследствие этого, не может использоваться в растворах при крашении белкового и целлюлозного волокон.
Наиболее близким структурным аналогом заявляемого соединения является тетра-4-(фенокси)фталоцианин [Деркачева В.М., Лукьянец Е.А. Фталоцианины и родственные соединения. VIII. Фенокси- и фенилтиозамещенные фталоцианины // ЖОХ. 1980. Т.50. Вып.10. С.2313-2318] формулы:
Однако тетра-4-(фенокси)фталоцианин не обладает растворимостью в водных средах, и при использовании его в качестве красителя из органических растворителей для крашения полимерных материалов или в качестве пигмента можно получить лишь синие окраски. Поэтому он не может быть использован в водных растворах при крашении белковых и целлюлозных волокон.
Сущность изобретения
Изобретательская задача состояла в поиске нового замещенного фталоцианина, обладающего свойствами красителей для белкового и целлюлозного волокон и дающего зеленые окраски.
Поставленная задача решена синтезом тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианина формулы
Структура заявляемого соединения доказана данными элементного анализа, ИК и электронной спектроскопии.
-1
-1
-1
-1
Так, в ИК спектре заявляемого соединения (фиг.1) можно выделить ряд общих полос поглощения, характерных для соединений фталоцианинового ряда [Сидоров А.Р., Котляр И.П. Инфракрасные спектры фталоцианинов. I. Влияние кристаллической структуры и центрального металла на молекулу фталоцианина в твердом состоянии // Оптика и спектроскопия. 1961. Т.11. Вып.2. С.175-184], а также поглощение при 1182 см, характерное для деформационных колебаний связей С-O, валентные колебания связи S=O отмечены при 1208, 1386 см, при 1118 см колебания, присущие связи C-S, а также при 1586 см, подтверждающие наличие азогрупп [Дайер Д.Р. Приложения абсорбционной спектроскопии органических соединений. М.: Химия, 1970. С.43-48].
В электронных спектрах поглощения тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианина наблюдается интенсивное поглощение при 645; 672; 698 нм, регистрируемое в диметилформамиде (фиг.2) и ассоциированное состояние с максимумом при 622 нм, регистрируемое в 0.5% водном растворе NaOH (фиг.3).
Тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианин представляет собой вещество темно-зеленого цвета, обладающее растворимостью в диметилформамиде (ДМФА), водно-щелочных растворах, концентрированной серной кислоте.
Изобретение позволяет получить следующие преимущества:
- Тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианин растворяется в водных средах;
- Тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианин дает насыщенные зеленые окраски, редкие для фталоцианиновых красителей;
- Тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианин обладает одновременно свойствами прямых и кислотных красителей и поэтому может быть использован для крашения целлюлозного и белкового волокон.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Заявляемое соединение получено нагреванием калиевой соли 4-{[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}оксифталонитрила с карбонатом калия.
Для реализации способа используют следующие вещества:
- 1-Амино-5-сульфокислота нафталина - 70862 Full Product Information on sigma-aldrich.com
- Нитрит натрия - ГОСТ 4221-76
- Соляная кислота - ГОСТ 3118-77
- n-Гидроксибензойная кислота - ТУ 6-09-08-940-75
- Диметилформамид (ДМФА) - ГОСТ 20289-74
- Карбонат калия - ГОСТ 4221-76
- Карбонат натрия - ГОСТ 5100-85
- Хлорид натрия - ГОСТ 4233-77
- 4-хлорфталонитрил - синтезирован известным способом [Шорин В.А., Кулинич В.П., Шапошников Г.П., Федоров М.И., Маслеников С.В. Экстракоординированные галогензамещенные фталоцианины олова. Синтез, оптические и полупроводниковые свойства // Известия вузов. Химия и химическая технология. 1993. Т.36. №5. С.35-37].
Поскольку калиевая соль 4-{[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}оксифталонитрила является новым соединением и не выпускается промышленностью она была получена следующим способом:
1. Диазотирование 1-амино-5-сульфокислоты нафталина.
Фарфоровый стакан, снабженный мешалкой, термометром и капельной воронкой, помещают в баню с водой. В стакан вливают 150 мл воды, нагревают до 35°С и вносят 22.3 г (0.1 моль) 1-амино-5-сульфокислоты нафталина при непрерывном размешивании. Затем раствор подкисляют 30 мл (0.27 моль) концентрированной соляной кислоты, размешивают 30 минут и при 30°С медленно по каплям прибавляют 24 мл (0.13 моль) 30% раствора нитрита натрия. В процессе реакций поддерживают кислую среду. Таким образом получают 1-диазо-5-сульфокислоту нафталина.
2. Азосочетание 1-диазо-5-сульфокислоты нафталина с n-гидроксибензойной кислотой:
В фарфоровый стакан, снабженный мешалкой, термометром и капельной воронкой, вносят 32 мл 25% раствора карбоната натрия и 13.8 г (0.1 моль) n-гидроксибензойной кислоты. Полученный раствор охлаждают добавлением льда до 8÷10°С и вносят 15 г хлорида натрия. Затем при хорошем перешивании по каплям прибавляют 1-диазо-5-сульфокислоту нафталина. Сочетание ведут при температуре 14÷15°С в щелочной среде. После введения всего количества 1-диазо-5-сульфокислоты нафталина размешивание продолжают еще 30 минут. Затем в раствор добавляют концентрированную соляную кислоту, краситель выпадает в осадок, его отфильтровывают на воронке Бюхнера и сушат в сушильном шкафу при 50°С. Таким образом получают 1-(4-гидроксифенил)азо-5-сульфокислоту нафталина.
3. Синтез калиевой соли 4-{[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}оксифталонитрила.
В колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром загружают 30 мл ДМФА, 1.63 г (0.01 моль) 4-хлорфталонитрила, 2.07 г (0.015 моль) карбоната калия и 4.92 г (0.015 моль) 1-(4-гидроксифенил)азо-5-сульфокислоты нафталина. Полученную смесь нагревают при перемешивании до 140÷150°С и выдерживают при этой температуре в течение трех часов. Конец реакции контролируют по полному растворению реакционной массы в воде. Отгоняют под вакуумом ДМФА. Калиевую соль 4-{[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}оксифталонитрила экстрагируют ацетоном в аппарате Сокслета, ацетон отгоняют. Сухой остаток смешивают с этанолом, спиртовой раствор фильтруют, этанол отгоняют. Полученный продукт сушат под вакуумом.
Калиевая соль 4-{[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}оксифталонитрила - вещество красно-оранжевого цвета, растворимое в воде, ДМФА, ацетоне, этаноле.
Выход: 3.65 г (74.1%). Т.пл.=120÷125°С.
Найдено, %: С 58.43, Н 2.80, N 11.28, S 6.38.
24
13
4
4
CHONSK Вычислено, %: С 58.52, Н 2.66, N 11.37, S 6.51.
ИК (KBr):2231 (C≡N), 1182 (Ar-O-Ar), 1586 (N=N), 1118 (C-S), 1208, 1386 (S=O) (фиг.4).
Пример 1. Синтез тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианина.
В фарфоровую чашку помещают растертую смесь 0.49 г (0.001 моль) калиевой соли 4-{[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}-оксифталонитрила и 0.21 г (0.0015 моль) карбоната калия, нагревают до 210÷215°С и выдерживают в течение часа. После охлаждения реакционную массу измельчают и растворяют в концентрированной серной кислоте. Полученный раствор выливают на лед. Выпавший осадок отфильтровывают на фильтре Шотта, промывают водой до нейтральной реакции. Заключительную очистку проводят методом колоночной хроматографии на силикагеле М 60, используя в качестве элюента ДМФА.
Тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианин - темно-зеленое вещество, обладает растворимостью в ДМФА, водно-щелочных растворах, концентрированной серной кислоте.
Выход: 0.63 г (33.7%).
Найдено, %: С 62.12, Н 3.62, N 12.05, S 6.45.
96
58
16
4
16
CHNSO Вычислено, %: С 63.36; Н 3.21; N 12.31, S 7.05.
max
ЭСП в ДМФА, λ, нм: 645; 672; 698 (фиг.2).
max
ЭСП в 0.5% водном растворе NaOH, λ, нм: 622 (фиг.3).
Пример 2. Использование тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианина в качестве красителя хлопчатобумажных тканей. Крашение вели по известной методике [Лабораторный практикум по применению красителей / Под ред. Мельникова Б.Н. М.: Химия, 1972. 342 с.].
Образец хлопчатобумажной ткани массой 1 г смачивают водой в течение 0.5 мин, отжимают до 100% привеса и помещают в красильную ванну, содержащую 50 мл водного раствора следующего состава (г/л):
Тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианин -
2
Хлористый натрий -
5
Карбонат натрия -
0.5
Модуль ванны -
50.
В течение 15-30 мин нагревают раствор до кипения и выдерживают 20-30 минут. Для завершения процесса образцы оставляют в остывшей ванне еще на 15 минут. Затем образец отжимают, тщательно промывают теплой, затем холодной водой, сушат.
Пример 3. Использование тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианина в качестве красителя для шерсти. Крашение вели по известной методике [Лабораторный практикум по применению красителей / Под ред. Мельникова Б.Н. М.: Химия, 1972. 342 с.].
Образец шерсти массой 1 г смачивают водой в течение 0.5 мин при температуре 40°С, отжимают до 100% привеса и помещают в красильную ванну, содержащую 50 мл водного раствора следующего состава (г/л);
Тетра-4-({[(5′′-сульфонафтил)-1′′-азо]фенилен-1′,4′}окси)фталоцианин -
2
Глауберова соль -
10
Серная кислота -
2
Модуль ванны -
50.
В течение 30-40 минут нагревают раствор до кипения и выдерживают при этой температуре 60 минут. Затем образец шерсти промывают теплой затем холодной водой, отжимают и сушат.