Coloranți și medicamente

Coloranții au structuri care absorb selectiv lumina vizibilă; sistemele conjugate și grupele cromofore, precum $-\mathrm{N}=\mathrm{N}-$ din azo-coloranți, sunt necesare pentru culoare. Grupele auxocrome $-\mathrm{OH}$ și $-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2$ adâncesc culoarea și ajută la fixare. Aspirina este acid acetilsalicilic, obținut din acid salicilic și anhidridă acetică. Antibioticele, precum penicilinele, acționează asupra structurilor și proceselor bacteriene; folosirea lor nu tratează infecții virale. O substanță cu efect biologic se caracterizează prin structură, doză și țintă, nu numai prin denumire.

Coloranții. Un colorant are culoarea complementară luminii pe care o absorbe: o substanță care absoarbe lumina albastră pare portocalie, ca β-carotenul din morcov. Absorbția în vizibil apare când molecula are un sistem conjugat întins de legături duble, adică o succesiune de legături simple și duble alternante; cu cât sistemul este mai lung, cu atât absorbția se deplasează spre lungimi de undă mai mari. Coloranții naturali sunt, de exemplu, clorofila, carotenoidele și indigoul din plante. Primul colorant sintetic, mov-anilina, a fost obținut de Perkin în 1856, iar astăzi coloranții azoici, cu grupa cromoforă $-\mathrm{N}=\mathrm{N}-$ între două nuclee aromatice, sunt cea mai răspândită clasă sintetică. Textilele colorate cu ei rețin colorantul prin legături de hidrogen și forțe intermoleculare cu fibra.

Colorant și pigment. Un colorant se dizolvă sau se dispersează molecular și se fixează pe material (fibre textile, piele, alimente), în timp ce un pigment este o pulbere insolubilă, aplicată la suprafață cu un liant, ca în vopsele și cerneluri. Coloranții alimentari autorizați, precum betanina din sfeclă și curcumina din turmeric (naturali), trebuie să fie nețoxici în dozele admise, iar aditivii colorați se declară pe etichetă. Metiloranjul arată cum culoarea depinde de structură: prin adăugare de acid, molecula primește un proton, sistemul conjugat se modifică, iar culoarea trece de la galben la roșu.

Medicamentele. Un medicament conține o substanță activă, cu efect terapeutic, și excipienți. Efectul depinde de doză: sub doza terapeutică nu apare, iar peste doza toxică substanța dăunează. Aspirina (acidul acetilsalicilic) este analgezic, antipiretic și antiinflamator; fiind acid carboxilic, poate irita mucoasa gastrică. Paracetamolul este analgezic și antipiretic. Penicilinele sunt antibiotice descoperite de Fleming în 1928; folosirea lor fără indicație medicală sau întreruperea tratamentului favorizează apariția bacteriilor rezistente, iar la unii oameni provoacă alergii.

Exemplu rezolvat 1. Sinteza aspirinei din acid salicilic și anhidridă acetică.

1. Ecuația egalată este ${\mathrm{C}}_7{\mathrm{H}}_6{\mathrm{O}}_3+{\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_6{\mathrm{O}}_3\to {\mathrm{C}}_9{\mathrm{H}}_8{\mathrm{O}}_4+{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_4{\mathrm{O}}_2$; masele molare sunt $138$, $102$, $180$ și $60$ g/mol.
2. Din $138$ g acid salicilic și $102$ g anhidridă, în raport $1:1$, se pot obține teoretic $180$ g aspirină.
3. Verificăm masa: $138+102=180+60=240$ g.
4. La randament de $80\%$, masa izolată este $180\cdot 0,80=144$ g.

Exemplu rezolvat 2. Un comprimat conține $500$ mg aspirină. Câtă substanță de pornire trebuie pentru $1000$ de comprimate, la un randament de $80\%$?

1. Masa aspirinei este $1000\cdot 0,500=500$ g.
2. Teoretic, $180$ g aspirină se obțin din $138$ g acid salicilic, deci $500$ g aspirină cer $500\cdot 138/180=383,3$ g.
3. La randament de $80\%$ se consumă $383,3/0,80=479,2$ g acid salicilic.

Teoria coloranților. Grupele cromofore ($-\mathrm{N}=\mathrm{N}-$, $\mathrm{C}=\mathrm{O}$, $-\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$) împreună cu sistemul conjugat provoacă absorbția luminii vizibile. Auxocromii ($-\mathrm{OH}$, $-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2$, $-\mathrm{N}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3{)}_2$) adâncesc culoarea și ajută la fixare. Metiloranjul, folosit ca indicator, este un colorant azoic.

Obținerea unui colorant azoic.

1. Diazotarea, la $0$–$5{}^{\circ }\mathrm{C}$: ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2+\mathrm{NaN}{\mathrm{O}}_2+2HCl\to {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5{\mathrm{N}}_2^{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}+\mathrm{NaCl}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.
2. Cuplarea cu un fenol (în mediu bazic) sau cu o amină aromatică: ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5{\mathrm{N}}_2^{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}+{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}\to \mathrm{HO}-{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_4-\mathrm{N}=\mathrm{N}-{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5+\mathrm{HCl}$.

Din $9,3$ g anilină ($0,10$ mol) rezultă teoretic $0,10$ mol 4-hidroxiazobenzen ($M=198$ g/mol), adică $19,8$ g; cu randament de $70\%$, $13,9$ g. Se consumă $0,10$ mol $\mathrm{NaN}{\mathrm{O}}_2$ ($6,9$ g) și $0,20$ mol $\mathrm{HCl}$.

Medicamente. Paracetamolul (4-hidroxiacetanilida, ${\mathrm{C}}_8{\mathrm{H}}_9\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$, $M=151$ g/mol) se obține prin acetilarea p-aminofenolului ($M=109$ g/mol): din $10,9$ g ($0,10$ mol) rezultă teoretic $15,1$ g, iar cu randament de $80\%$, $12,1$ g. Conține hidroxil fenolic (culoare violetă cu $\mathrm{FeC}{\mathrm{l}}_3$) și grupă amidică. Penicilinele conțin inelul $\beta$-lactamic și inhibă sinteza peretelui bacterian; sulfamidele (derivați ai p-aminobenzensulfonamidei) concurează cu acidul p-aminobenzoic. Antibioticele nu acționează asupra virusurilor.

Complement grupat. Despre aspirină și paracetamol sunt date patru afirmații:

1. aspirina conține o grupă carboxil liberă;
2. paracetamolul dă culoare violetă cu $\mathrm{FeC}{\mathrm{l}}_3$;
3. aspirina se obține prin acetilarea grupei $-\mathrm{OH}$ fenolice a acidului salicilic;
4. paracetamolul este un ester.

• A. Numai 1, 2 și 3 sunt corecte
• B. Numai 1 și 3 sunt corecte
• C. Numai 2 și 4 sunt corecte
• D. Numai 4 este corectă
• E. Toate sunt corecte sau toate sunt false

Afirmațiile 1, 2 și 3 sunt adevărate: paracetamolul păstrează un hidroxil fenolic, care dă culoare cu $\mathrm{FeC}{\mathrm{l}}_3$. Afirmația 4 este falsă, deoarece paracetamolul conține grupă amidică, nu esterică. Răspuns corect: A.

Greșeli frecvente

• Greșit: Aspirina se obține prin neutralizarea acidului salicilic cu NaOH.
  Corect: Se obține prin acetilarea OH fenolic, iar carboxilul rămâne liber.
• Greșit: Antibioticele acționează asupra virusurilor ca asupra bacteriilor.
  Corect: Țintele lor sunt structuri sau procese bacteriene, deci nu tratează infecții virale.
• Greșit: O substanță colorată are culoarea luminii pe care o absoarbe.
  Corect: Culoarea percepută este complementară luminii absorbite.
• Greșit: Orice moleculă cu atomi de azot este colorată.
  Corect: Culoarea cere un sistem conjugat cu grupe cromofore, nu simpla prezență a azotului.
• Greșit: Un medicament este eficient indiferent de cantitate.
  Corect: Efectul depinde de doză; peste doza toxică substanța devine dăunătoare.

Înainte și după