ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ ТРИФЕНИЛМЕТАНОВОГО КРАСИТЕЛЯ АМИНОН

Куликов М.А.

кандидат химических наук, Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ ТРИФЕНИЛМЕТАНОВОГО КРАСИТЕЛЯ АМИНОН

Аннотация

С использованием метода дифференциального термического анализа изучен процесс термодеструкции трифенилметанового красителя Аминон. Рассмотрено влияние скорости нагрева образцов на процесс термической деградации красителя. Приведены данные об основных термоэффектах, сопровождающих процесс термодеструкции Аминона.

Ключевые слова: трифенилметановые красители, пиразолоновые фрагменты, Аминон, термодеструкция, дифференциальный термический анализ.

Kulikov M.A.

PhD in Chemistry, State National Research Politechnical University of Perm, Berezniki branch

INVESTIGATION OF THERMAL DESTRUCTION TRIPHENYLMETHANE DYE AMINONA

Abstract

Using the method of differential thermal analysis studied the process of thermal destruction Aminona triphenylmethane dye. The effect of heating rate on samples of thermal degradation of the dye process. Data on the main thermal effects accompanying the process of thermal degradation Aminona.

Keywords: triphenylmethane dyes, pyrazolone fragments Aminona, thermal degradation, differential thermal analysis.

Трифенилметановые органические красители широко применяются для крашения различных материалов, в полиграфической промышленности, в качестве цветообразующих компонентов в копировальной и множительной технике [1], в аналитической практике в качестве индикаторов [2], для фотометрического определения как неорганических, так и органических веществ [3 – 5]. Процесс получения трифенилметановых красителей связан с воздействием высоких температур на разных стадиях производства, что может привести к их термической деструкции [6, 7]. В этой связи весьма актуальным является исследование термостабильности органических красителей.

Одним из методов оценки термостабильности органических красителей является дифференциальный термический анализ [7, 8]. Метод позволяет проводить различные термодинамические и кинетические исследования, варьировать в широких пределах скорость нагрева пробы и температурный интервал, характеризуется достаточной экспрессностью.

В настоящей работе приводятся результаты исследований процесса термической деструкции аммонийной соли бис-(4-диметиламинофенил)-4'-(1'-п-сульфофенил-3'-метилпиразолон-5'-ил) – карбинола (I) (Аминона) и пиразолонового красителя (II).

Получение Аминона (I) осуществлялось взаимодействием тетраметил-п,п'-диаминобензофенона (III) с 1-п-сульфофенил-3-метил-пиразолоном-5 (IV) [9]:

Краситель (II) синтезирован взаимодействием Аминона (I) с раствором соляной кислоты по реакции:

Строение соединений (I) и (II) было установлено на основании данных ИК Фурье-спектрометрии [10].

Исследование термодеструкции Аминона (I) и красителя (II) проводилось на установке дифференциального термического анализа «Термоскан – 2», нагрев осуществлялся в условиях воздушной среды.

Исследования показали, что основные термоэффекты проявляются в температурном интервале до 500°С. При более высоких температурах на термограммах термоэффекты не наблюдаются. Это позволило сделать вывод, что процесс термодеструкции протекает при температуре до 500°С, на основании чего выбрана верхняя температурная граница исследования.

Далее проведены эксперименты, направленные на определение оптимальной скорости нагрева образцов. Исследованы следующие скорости нагрева: 5, 10, 20°С в минуту. Результаты показывают, что скорость нагрева пробы значительно сказывается на температурном диапазоне проявления тепловых эффектов деструкции. Так, при скорости нагрева пробы 5°С/мин первый эндоэффект начинает проявляться при 58°С и продолжается до достижения пробой температуры 158°С, то есть температурный интервал первого эндоэффекта составляет 100 градусов. В то время, как при скорости нагрева 20°С/мин температурный интервал первого эндоэффекта более выражен и составляет 48 градусов. Кроме того, при увеличении скорости нагрева значения тепловых эффектов на термограмме проявляются с большей интенсивностью. Совокупность этих факторов позволила выбрать скорость нагрева пробы 20°С в минуту.

Процесс термодеструкции Аминона характеризуется наличием четырёх эндотермических эффектов (рис. 1).

Рис. 1 – Термограммы

Первый эндоэффект проявляется в интервале температур 100 – 148°С. Убыль массы в этом температурном диапазоне составила 2,3 %. Данный эффект может быть связан с удалением кристаллизационной воды. Проведённый расчёт показывает, что этому количеству воды соответствует следующая брутто-формула Аминона: C₂₇H₃₃O₅N₅S´1,4H₂O. Второй эндоэффект начинает проявляться при температуре 160°С, который, предположительно, следует отнести к плавлению образца и началу термодеструкции Аминона. Данный вывод сделан на основе [6], где указывается, что Аминон плавится с разложением при температуре 160°С. Третий (в интервале температур 195 – 288°С) и четвёртый (в интервале температур 335 – 440°С) эндотермические эффекты свидетельствуют о более глубокой деструкции Аминона, сопровождающейся максимальной убылью массы. При этом очень сложно сделать вывод о продуктах деструкции. Аминон – сложное органическое вещество и в результате разрушения его молекул могут образоваться более простые соединения как циклического, так и линейного строения.

Таким образом, установлено, что процесс термического разложения Аминона включает четыре стадии: на первой стадии удаляется кристаллизационная влага, на второй стадии Аминон плавится и начинает разлагаться, третья и четвёртая стадии характеризуют окончательное разложение Аминона.

Термограммы процесса деструкции красителя (II) (рис. 1) и Аминона мало различимы между собой, что связано с их структурным родством. Как и в случае Аминона, первый эндоэффект на термограмме красителя (II) (температурный интервал 100 – 148°С) характеризует удаление из образца кристаллизационной воды. Убыль массы на этом этапе составляет 5,1 %. Проведя соответствующий расчёт, высказано предположение, что состав красителя (II) соответствует брутто-формуле C₂₇H₂₇O₄N₄S´0,7H₂O. Второй эндоэффект (166 – 194°С), можно отнести к плавлению пробы и началу термодеструкции, поскольку убыль массы в этих условиях составила 24,3 %. Таким образом, можно считать, что краситель (II) плавится при температуре 166°С и процесс плавления сопровождается его разложением. Окончательная деструкция красителя (II) происходит в две стадии – в интервалах температур 198 – 295°С и 338 – 440°С. При этом сделать вывод о продуктах разложения также достаточно сложно.

Подводя итог исследования можно сказать, что процессы термической деструкции Аминона и красителя (II) имеют достаточно сложный характер и сопровождаются такими явлениями, как удаление кристаллизационной влаги, плавление и собственно деструкция образца. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования термической устойчивости органических красителей с пиразолоновыми фрагментами.

Литература

1. Мельников Б.Н., Щеглова Т.Л., Виноградова Г.И. Применение красителей: учеб. пособие для вузов – 3-е изд., испр. и доп. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 331 с.
2. Бишоп Э. Индикаторы: Пер. с англ. М.: Мир, 1976. Том 1. 496 с.
3. Бусев А.И., Скребкова Л.М., Живописцев В.П. Некоторые антипириновые красители как реагенты для фотометрического определения галлия. – Журн. аналит. химии, 1962. Т.17. Вып. 6. С. 685 – 692.
4. Живописцев В.П., Селезнева Е.А., Брагина З.И. и др. Фотометрическое определение малых количеств алифатических аминов бис-(4-диметил-аминофенил)-(1-п сульфофенил-3-метилпиразолон-5-ил)-карбинолом. – Журн. аналит. химии, 1968. Т.23. Вып. 9. С. 1391 – 1395.
5. Шестакова Г.Е., Леснов А.Е., Брызгалова Н.В. Экстракция урана (VI) антипирином в присутствии пиразолонового красителя Аминона. – Радиохимия, 2007. Т.49. № 2. С. 153 – 155.
6. Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей: учеб. для вузов. – М.: Химия, 1984. – 592 с.
7. Брянкин К.В. Кинетика и моделирование процессов сушки полупродуктов органических красителей, осложнённых термической деструкцией целевого вещества: автореф. дис. …д. техн. наук. – Тамбов, 2011. – 35 с.
8. Отто М. Современные методы аналитической химии: Пер. с нем. М.: Техносфера, 2003. Том 1. 416 с.
9. Живописцев В.П., Селезнева Е.А., Шестакова Г.Е. Способ получения бис-(4-диметиламинофенил)-4'-(1'-п-сульфофенил-3'-метилпиразолон-5'-ил) – карбинола – аммонийной соли – «Аминона»: А. с. 306152 СССР // Б. И. 1971. № 19. С. 90.
10. Куликов М.А. Исследование строения пиразолонового красителя Аминон методом ИК Фурье-спектрометрии. – Научно-технический вестник Поволжья, 2013. № 5. С. 77 – 81.

References

1. Mel'nikov B.N., Shheglova T.L., Vinogradova G.I. Primenenie krasitelej: ucheb. posobie dlja vuzov – 3-e izd., ispr. i dop. – M.: BINOM. Laboratorija znanij, 2010. – 331 s.
2. Bishop Je. Indikatory: Per. s angl. M.: Mir, 1976. Tom 1. 496 s.
3. Busev A.I., Skrebkova L.M., Zhivopiscev V.P. Nekotorye antipirinovye krasiteli kak reagenty dlja fotometricheskogo opredelenija gallija. – Zhurn. analit. himii, 1962. T.17. Vyp. 6. S. 685 – 692.
4. Zhivopiscev V.P., Selezneva E.A., Bragina Z.I. i dr. Fotometricheskoe opredelenie malyh kolichestv alifaticheskih aminov bis-(4-dimetilaminofenil)-(1-p sul'fofenil-3-metilpirazolon-5-il)-karbinolom. – Zhurn. analit. himii, 1968. T.23. Vyp. 9. S. 1391 – 1395.
5. Shestakova G.E., Lesnov A.E., Bryzgalova N.V. Jekstrakcija urana (VI) antipirinom v prisutstvii pirazolonovogo krasitelja Aminona. – Radiohimija, 2007. T.49. № 2. S. 153 – 155.
6. Stepanov B.I. Vvedenie v himiju i tehnologiju organicheskih krasitelej: ucheb. dlja vuzov. – M.: Himija, 1984. – 592 s.
7. Brjankin K.V. Kinetika i modelirovanie processov sushki poluproduktov organicheskih krasitelej, oslozhnjonnyh termicheskoj destrukciej celevogo veshhestva: avtoref. dis. …d. tehn. nauk. – Tambov, 2011. – 35 s.
8. Otto M. Sovremennye metody analiticheskoj himii: Per. s nem. M.: Tehnosfera, 2003. Tom 1. 416 s.
9. Zhivopiscev V.P., Selezneva E.A., Shestakova G.E. Sposob poluchenija bis-(4-dimetilaminofenil)-4'-(1'-p-sul'fofenil-3'-metilpirazolon-5'-il) – karbinola – ammonijnoj soli – «Aminona»: A. s. 306152 SSSR // B. I. 1971. № 19. S. 90.
10. Kulikov M.A. Issledovanie stroenija pirazolonovogo krasitelja Aminon metodom IK Fur'e-spektrometrii. – Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh'ja, 2013. № 5. S. 77 – 81.