Tinte índigo

Índigo

Nombres
Nombre IUPAC preferido [2(2') E ]-[2,2'-Biindolilideno]-3,3'(1H , 1'H ) -diona
Otros nombres 2,2'-Bis(2,3-dihidro-3-oxoindoliliden), indigotina
Identificadores
Número CAS	64784-13-0 Y
Modelo 3D ( JSmol )	Imagen interactiva
Química biológica	ChEMBL599552 Y
Araña química	4477009 Y
Tarjeta informativa de la ECHA	100.006.898
Identificador de centro de PubChem	10215
Número RTECS	DU2988400
UNIVERSIDAD	1G5BK41P4F Y
Panel de control CompTox ( EPA )	DTXSID3026279
InChI InChI=1S/C16H10N2O2/c19-15-9-5-1-3-7-11(9)17-13(15)14-16(20)10-6-2-4-8-12(10) 18-14/h1-8,17-18H/b14-13+ Y Clave: COHYTHOBJLSHDF-BUHFOSPRSA-N Y InChI=1/C16H10N2O2/c19-15-9-5-1-3-7-11(9)17-13(15)14-16(20)10-6-2-4-8-12(10) 18-14/h1-8,17-18H/b14-13+ Clave: COHYTHOBJLSHDF-BUHFOSPRBQ
SONRISAS c1ccc2c(c1)C(=O)/C(=C\3/C(=O)c4ccccc4N3)/N2
Propiedades
Fórmula química	C16H10N2O2​​​​​​​
Masa molar	262,27 g/mol
Apariencia	polvo cristalino azul oscuro
Densidad	1,199 g/ cm3
Punto de fusión	390 a 392 °C (734 a 738 °F; 663 a 665 K)
Punto de ebullición	se descompone
Solubilidad en agua	990 µg/L (a 25 °C)
Compuestos relacionados
Compuestos relacionados	Púrpura de Tiro Indoxyl Indican
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). Y verificar  ( ¿qué es   ?)Ynorte Referencias del cuadro de información

El tinte índigo es un compuesto orgánico con un color azul distintivo . El índigo es un tinte natural extraído de las hojas de algunas plantas del género Indigofera , en particular Indigofera tinctoria . Las plantas Indigofera portadoras de tinte se cultivaban y utilizaban comúnmente en todo el mundo, particularmente en Asia, y la producción de tinte índigo era económicamente importante debido a la rareza histórica de otros tintes azules. ^[1]

La mayor parte del tinte índigo producido hoy en día es sintético , y constituye alrededor de 80.000 toneladas cada año, a partir de 2023. ^[2] Se asocia más comúnmente con la producción de tela vaquera y jeans azules , donde sus propiedades permiten aplicar rápidamente efectos como el lavado a piedra y el lavado ácido .

El índigo se utiliza principalmente como tinte para hilo de algodón, principalmente en la producción de tela vaquera adecuada para los pantalones vaqueros azules; en promedio, un par de pantalones vaqueros azules requiere de 3 gramos (0,11 oz) a 12 gramos (0,42 oz) de tinte. Se utilizan cantidades más pequeñas para teñir lana y seda.

El carmín índigo , también conocido como índigo, es un derivado del índigo que también se utiliza como colorante. Se producen unas 20.000 toneladas al año, también principalmente para la producción de pantalones vaqueros azules. ^[1] También se utiliza como colorante alimentario y figura en los Estados Unidos como FD&C Blue No. 2.

A lo largo de la historia, el índigo ha sido producido a partir de una gran variedad de plantas, pero la mayor parte del índigo natural se obtuvo de las del género Indigofera , que son nativas de los trópicos, en particular del subcontinente indio. La principal especie de índigo comercial en Asia fue el índigo verdadero ( Indigofera tinctoria , también conocido como I. sumatrana ). Una alternativa común utilizada en lugares subtropicales relativamente más fríos, como las islas Ryukyu de Japón y Taiwán, es Strobilanthes cusia .

Hasta la introducción de especies de Indigofera desde el sur, Persicaria tinctoria (hierba del tintorero) era el colorante azul más importante en el este de Asia; sin embargo, el cultivo producía menos colorante que el cultivo promedio de índigo, y fue superado rápidamente en favor de la planta más económica Indigofera tinctoria . En América Central y del Sur, la especie cultivada es Indigofera suffruticosa , también conocida como anil , y en la India, una especie importante era Indigofera arrecta , índigo natal. En Europa, Isatis tinctoria , comúnmente conocida como pastel, se usaba para teñir telas de azul, ya que contenía los mismos compuestos tintóreos que el índigo, también conocido como índigo.

Varias plantas contienen índigo, el cual, cuando se expone a una fuente oxidante como el oxígeno atmosférico, reacciona para producir el tinte índigo; sin embargo, las concentraciones relativamente bajas de índigo en estas plantas hacen que sea difícil trabajar con ellas, ya que el color se ve afectado más fácilmente por otras sustancias tintóreas también presentes en estas plantas, lo que generalmente produce un tinte verdoso.

El precursor del índigo es el indican , un derivado incoloro y soluble en agua del aminoácido triptófano , y las hojas de Indigofera contienen hasta un 0,2-0,8% de este compuesto. Al prensar las hojas cortadas en una tina y remojarlas, se hidroliza el indican, liberando β- D - glucosa e indoxilo . El indoxilo se dimeriza en la mezcla y, después de 12 a 15 horas de fermentación , produce el leucoíndigo amarillo soluble en agua. La exposición posterior al aire forma el tinte índigo azul insoluble en agua. ^{[3] [4]} El tinte precipita de la solución de hojas fermentadas al oxidarse, pero también puede precipitar cuando se mezcla con una base fuerte ^[5] como la lejía . Los sólidos se filtran, se prensan en tortas, se secan y se pulverizan. Luego, el polvo se mezcla con varias otras sustancias para producir diferentes tonos de azul y violeta.

Las fuentes naturales de índigo también incluyen moluscos: el género Murex de caracoles marinos produce una mezcla de índigo y 6,6'-dibromoíndigo (rojo), que juntos producen una gama de tonos púrpura conocidos como púrpura de Tiro . La exposición a la luz durante parte del proceso de teñido puede convertir el dibromoíndigo en índigo, lo que da como resultado tonos azules conocidos como azul real, púrpura jacinto o tekhelet .

Dada su importancia económica, el índigo se ha preparado mediante muchos métodos. La síntesis de índigo de Baeyer-Drewsen se remonta a 1882. Implica una condensación aldólica de o-nitrobenzaldehído con acetona, seguida de ciclización y dimerización oxidativa para obtener índigo. Esta ruta fue muy útil para obtener índigo y muchos de sus derivados a escala de laboratorio, pero resultó poco práctica para la síntesis a escala industrial. Johannes Pfleger ^[6] y Karl Heumann  [de] finalmente idearon la síntesis de producción en masa industrial a partir de anilina utilizando mercurio como catalizador. El método fue descubierto por un accidente de Karl Heumann en Zúrich en el que se rompió un termómetro. ^[7]

La primera ruta comercialmente práctica para producir índigo se le atribuye a Pfleger en 1901. En este proceso, la N -fenilglicina se trata con una mezcla fundida de hidróxido de sodio , hidróxido de potasio y sodamida . Esta masa fundida altamente sensible produce indoxilo , que posteriormente se oxida en el aire para formar índigo. Hoy en día, todavía se utilizan variaciones de este método. Una ruta alternativa y también viable para obtener índigo se le atribuye a Heumann en 1897. Implica calentar N- (2-carboxifenil)glicina a 200 °C (392 °F) en una atmósfera inerte con hidróxido de sodio. El proceso es más fácil que el método de Pfleger, pero los precursores son más caros. Se genera ácido indoxil-2-carboxílico. Este material se descarboxila fácilmente para dar indoxilo, que se oxida en el aire para formar índigo. ^[1] La preparación del tinte índigo se practica en las clases de laboratorio de la universidad según la ruta original de Baeyer-Drewsen. ^[8]

El índigo teñido de tela más antiguo conocido, que data de hace 6000 años, fue descubierto en Huaca Prieta , Perú. ^[9] Muchos países asiáticos, como India , China, Japón y las naciones del sudeste asiático han utilizado el índigo como tinte (particularmente para la seda ) durante siglos. El tinte también era conocido por las civilizaciones antiguas de Mesopotamia , Egipto , Gran Bretaña , Mesoamérica , Perú , Irán y África occidental . El índigo también se cultivaba en la India, que también fue el primer centro importante para su producción y procesamiento. ^[10] La especie Indigofera tinctoria fue domesticada en la India. ^[10] El índigo, utilizado como tinte, llegó a los griegos y los romanos , donde se valoraba como un producto de lujo. ^[10]

En Mesopotamia, una tablilla cuneiforme neobabilónica del siglo VII a. C. proporciona una receta para teñir lana, en la que se obtiene lana de color lapislázuli ( uqnatu ) mediante la inmersión y el aireación repetidos de la tela. ^[11] El índigo probablemente fue importado de la India. Los romanos utilizaban el índigo como pigmento para pintar y con fines medicinales y cosméticos. Era un artículo de lujo importado al Mediterráneo desde la India por los comerciantes árabes.

La India era un importante proveedor de índigo para Europa desde la época grecorromana. La asociación de la India con el índigo se refleja en la palabra griega para el tinte, indikón ( Ἰνδικόν , indio). ^[11] Los romanos latinizaron el término como indicum , que pasó al dialecto italiano y, finalmente, al inglés como la palabra índigo.

En Bengala, los cultivadores de índigo se rebelaron contra las condiciones de trabajo explotadoras creadas por los comerciantes y plantadores europeos en lo que se conoció como la Rebelión del Índigo en 1859. La obra bengalí Nil Darpan del dramaturgo indio Dinabandhu Mitra fue un relato novelado de la revuelta.

La demanda de índigo en el siglo XIX se refleja en el hecho de que en 1897 se dedicaban 7000 km2 ⁽ 2700 millas cuadradas) al cultivo de plantas productoras de indícan, principalmente en la India . En comparación, el país de Luxemburgo tiene 2586 km2 ⁽ 998 millas cuadradas). ^[1]

En Europa, el índigo siguió siendo un producto escaso durante toda la Edad Media. En su lugar se utilizaba un tinte químicamente idéntico derivado de la planta pastel ( Isatis tinctoria ) . A finales del siglo XV, el explorador portugués Vasco da Gama descubrió una ruta marítima a la India. Esto condujo al establecimiento de un comercio directo con la India, las Islas de las Especias , China y Japón. Los importadores podían ahora evitar los elevados aranceles impuestos por los intermediarios persas , levantinos y griegos y las largas y peligrosas rutas terrestres que se habían utilizado anteriormente. En consecuencia, la importación y el uso de índigo en Europa aumentaron significativamente. Gran parte del índigo europeo procedente de Asia llegaba a través de los puertos de Portugal, los Países Bajos e Inglaterra. Las potencias europeas establecieron muchas plantaciones de índigo en climas tropicales. España importaba el tinte de sus colonias en América Central y del Sur, y era un cultivo importante en Haití y Jamaica, con gran parte o la totalidad del trabajo realizado por africanos y afroamericanos esclavizados. En la época colonial española, la producción intensiva de índigo para el mercado mundial en la región del actual El Salvador implicaba condiciones tan insalubres que la población indígena local, obligada a trabajar en condiciones pestilentes, fue diezmada. ^[12] Las plantaciones de índigo también prosperaron en las Islas Vírgenes . Sin embargo, Francia y Alemania prohibieron la importación de índigo en el siglo XVI para proteger la industria local del teñido con pastel. En Europa central, el teñido con índigo en reserva es una técnica centenaria que ha recibido el reconocimiento de Patrimonio Cultural Inmaterial de la Humanidad por la UNESCO. ^[13]

Newton utilizó "índigo" para describir uno de los dos nuevos colores primarios que añadió a los cinco que había nombrado originalmente, en su relato revisado del arco iris en Lectiones Opticae de 1675. ^[14]

Debido a su alto valor como producto comercial, el índigo a menudo se conocía como el oro azul. ^[15]

En toda África occidental, el índigo fue la base de tradiciones textiles centenarias. Desde los nómadas tuareg del Sahara hasta Camerún , la ropa teñida con índigo significaba riqueza. Las mujeres teñían la tela en la mayoría de las áreas, siendo los yoruba de Nigeria y los mandinga de Mali particularmente conocidos por su experiencia. Entre los tintoreros hausa , el trabajo en pozos de tinte comunales era la base de la riqueza de la antigua ciudad de Kano , y todavía se los puede ver ejerciendo su oficio hoy en día en los mismos pozos. ^[16] A los tuareg a veces se los llama "pueblo azul" porque el pigmento índigo en la tela de sus túnicas y turbantes tradicionales teñía su piel de azul oscuro. ^[17]

En Japón, el índigo adquirió especial importancia durante el período Edo . Esto se debió a la creciente industria textil ^[18] y a que se había prohibido a los plebeyos usar seda, ^[19] lo que llevó a un aumento del cultivo del algodón y, en consecuencia, del índigo, una de las pocas sustancias que podían teñirlo. ^[20]

En América del Norte, el índigo fue introducido en la Carolina del Sur colonial por Eliza Lucas , donde se convirtió en el segundo cultivo comercial más importante de la colonia (después del arroz). ^[21] Como cultivo de exportación importante, el índigo apoyó la esclavitud en las plantaciones allí. ^[22] En los números de mayo y junio de 1755 de The Gentleman's Magazine , apareció un relato detallado del cultivo del índigo, acompañado de dibujos del equipo necesario y un presupuesto prospectivo para iniciar tal operación, escrito por el plantador de Carolina del Sur Charles Woodmason . Más tarde apareció como libro. ^{[23] [24]} Para 1775, la producción de índigo en Carolina del Sur superó las 1.222.000 libras. ^[25] Cuando Benjamin Franklin navegó a Francia en noviembre de 1776 para conseguir el apoyo de Francia para la Guerra de Independencia de los Estados Unidos , 35 barriles de índigo estaban a bordo del Reprisal , cuya venta ayudaría a financiar el esfuerzo bélico. ^[26] En la América del Norte colonial se encuentran tres especies de importancia comercial: la nativa I. caroliniana y las introducidas I. tinctoria e I. suffruticosa . ^[27]

En 1865, el químico alemán Adolf von Baeyer comenzó a trabajar en la síntesis del índigo. Describió su primera síntesis de índigo en 1878 (a partir de isatina ) y una segunda síntesis en 1880 (a partir de 2-nitrobenzaldehído ). (No fue hasta 1883 que Baeyer finalmente determinó la estructura del índigo. ^[28] ) La síntesis del índigo siguió siendo poco práctica, por lo que la búsqueda de materiales de partida alternativos en Badische Anilin- und Soda-Fabrik (BASF) y Hoechst continuó. Johannes Pfleger ^[6] y Karl Heumann finalmente dieron con la síntesis de producción en masa industrial. ^[7]

La síntesis de N-(2-carboxifenil)glicina a partir de la anilina, de fácil obtención, proporcionó una ruta nueva y económicamente atractiva. BASF desarrolló un proceso de fabricación comercialmente viable que se utilizó en 1897, momento en el que se producían 19.000 toneladas de índigo a partir de fuentes vegetales. Esta cifra se había reducido a 1.000 toneladas en 1914 y siguió disminuyendo. En 2011, se producían 50.000 toneladas de índigo sintético en todo el mundo. ^[29]

El índigo es un tinte complicado porque no es soluble en agua. Para disolverse, debe sufrir un cambio químico ( reducción ). La reducción convierte el índigo en "índigo blanco" ( leuco -índigo). Cuando se retira una tela sumergida del baño de tinte, el índigo blanco se combina rápidamente con el oxígeno del aire y se convierte en el índigo insoluble, de color intenso. Cuando se hizo ampliamente disponible por primera vez en Europa en el siglo XVI, los tintoreros e impresores europeos tuvieron problemas con el índigo debido a esta propiedad distintiva. También requería varias manipulaciones químicas, algunas de las cuales involucraban materiales tóxicos, y presentaba muchas oportunidades de lesionar a los trabajadores. En el siglo XIX, el poeta inglés William Wordsworth se refirió a la difícil situación de los trabajadores del teñido de índigo de su ciudad natal de Cockermouth en su poema autobiográfico El preludio . Hablando de sus terribles condiciones de trabajo y la empatía que sentía por ellos, escribió:

Sin duda, entonces habría hecho causa común
Con algunos que perecieron; tal vez perecieron también
Una pobre ofrenda equivocada y desconcertada
Desconocida para esas almas desnudas de Miller Blue

Un proceso preindustrial para la producción de blanco índigo, utilizado en Europa, consistía en disolver el índigo en orina rancia, que contiene amoníaco. Un agente reductor más conveniente es el zinc. Otro método preindustrial, utilizado en Japón, consistía en disolver el índigo en una tina caliente en la que se mantenía un cultivo de bacterias anaeróbicas termófilas. Algunas especies de dichas bacterias generan hidrógeno como producto metabólico, que convierte el índigo insoluble en blanco índigo soluble. La tela teñida en una tina de este tipo se decoraba con las técnicas de shibori ( teñido anudado ), kasuri , katazome y tsutsugaki . Se pueden ver ejemplos de ropa y pancartas teñidas con estas técnicas en las obras de Hokusai y otros artistas.

En el siglo XVIII, en Inglaterra se desarrollaron dos métodos diferentes para la aplicación directa del índigo, que se siguieron utilizando hasta bien entrado el siglo XIX. El primer método, conocido como «azul lápiz» porque se aplicaba con mayor frecuencia con lápiz o pincel, se podía utilizar para lograr tonos oscuros. Se añadía trisulfuro de arsénico y un espesante al recipiente del índigo. El compuesto de arsénico retrasaba la oxidación del índigo lo suficiente como para pintar el tinte sobre las telas. ^{[ cita requerida ]}

El segundo método se conocía como "azul de China" debido a su parecido con la porcelana china azul y blanca. En lugar de utilizar una solución de índigo directamente, el proceso implicaba imprimir la forma insoluble del índigo sobre la tela. Luego, el índigo se reducía en una secuencia de baños de sulfato de hierro (II) , con oxidación al aire entre cada inmersión. El proceso del azul de China podía generar diseños nítidos, pero no podía producir los tonos oscuros que se podían lograr con el método del azul de lápiz.

Alrededor de 1880 se desarrolló el "proceso de la glucosa", que finalmente permitió la impresión directa de índigo sobre tela y permitió producir impresiones de índigo oscuro a bajo costo que no se podían lograr con el método del azul de China.

Desde 2004, se comercializa el índigo liofilizado o índigo instantáneo. En este método, el índigo ya se ha reducido y luego se liofiliza hasta formar un cristal. Los cristales se añaden al agua tibia para crear el recipiente para teñir. Al igual que en un recipiente para teñir índigo estándar, se debe tener cuidado de no mezclarlo con oxígeno. El índigo liofilizado es fácil de usar y los cristales se pueden almacenar indefinidamente siempre que no se expongan a la humedad. ^[30]

El tinte índigo es un polvo cristalino de color azul oscuro que sublima a 390–392 °C (734–738 °F). Es insoluble en agua, alcohol o éter , pero soluble en DMSO , cloroformo , nitrobenceno y ácido sulfúrico concentrado . La fórmula química del índigo es C ₁₆ H ₁₀ N ₂ O ₂ .

La molécula absorbe la luz en la parte naranja del espectro ( λ _max = 613 nm). ^[31] El compuesto debe su color profundo a la conjugación de los dobles enlaces , es decir, los dobles enlaces dentro de la molécula son adyacentes y la molécula es plana. En el blanco índigo, la conjugación se interrumpe porque la molécula no es plana.

Los anillos de benceno del índigo se pueden modificar para dar lugar a una variedad de colorantes relacionados. El tioíndigo , en el que los dos grupos NH se sustituyen por átomos de S, es de un rojo intenso. El púrpura de Tiro es un colorante de color púrpura opaco que secreta un caracol mediterráneo común. Era muy apreciado en la antigüedad. En 1909, se demostró que su estructura era 6,6'-dibromoíndigo (rojo). El 6-bromoíndigo (púrpura) también es un componente. ^[32] Nunca se ha producido de forma comercial. Sin embargo, el azul Ciba relacionado (5,7,5',7'-tetrabromoíndigo) tiene valor comercial.

El índigo y sus derivados que presentan enlaces de hidrógeno intra e intermoleculares tienen una solubilidad muy baja en solventes orgánicos. Se pueden hacer solubles utilizando grupos protectores transitorios como el grupo tBOC , que suprime los enlaces intermoleculares. ^[33] El calentamiento del índigo tBOC da como resultado una desprotección térmica eficiente y la regeneración del pigmento original con enlaces de hidrógeno.

El tratamiento con ácido sulfúrico convierte el índigo en un derivado de color verde azulado llamado carmín de índigo (índigo sulfonado). Se empezó a comercializar a mediados del siglo XVIII y se utiliza como colorante en alimentos, productos farmacéuticos y cosméticos.

Se sabe que el índigo y algunos de sus derivados son semiconductores orgánicos ambipolares cuando se depositan como películas delgadas por evaporación al vacío. ^[34]

_El índigo tiene una toxicidad oral baja, con una DL50 de 5 g/kg (0,5% de la masa total) en mamíferos. ^[1] En 2009, se habían reportado grandes derrames de tintes azules aguas abajo de una fábrica de pantalones vaqueros en Lesotho . ^[35]

Se ha descubierto que el compuesto actúa como agonista del receptor de hidrocarburos arílicos . ^[36]

• Satyagraha de Champaran
• Azul oscuro
• Rebelión índigo
• Rojo, blanco y negro forman azul

• Balfour-Paul, Jenny (2016). Índigo: de las momias egipcias a los pantalones vaqueros azules . Londres: British Museum Press. 264 páginas. ISBN . 978-0-7141-1776-8.
• Ferreira, ESB; Hulme AN ; McNab H.; Quye A. (2004). "Los componentes naturales de los tintes textiles históricos" (PDF) . Chemical Society Reviews . 33 (6): 329–36. doi :10.1039/b305697j. PMID  15280965.
• Paul, Jenny Balfour. 2020. “Índigo y azul: un matrimonio perfecto”. Textile Museum Journal 47 (enero): 160–85.
• Lentejuela-Frey, Margareta (1981). "La química de los colorantes vegetales y animales" (PDF) . Revista de Educación Química . 58 (4): 301. Bibcode :1981JChEd..58..301S. doi :10.1021/ed058p301.

• Cultivos vegetales: botánica, historia y usos del índigo
• Regulación de la FDA y la FDA sobre la indigotina