Beizenfarbstoffe am Beispiel von Alizarin

Die Geschichte von der Krappwurzel bis zum synthetischen Alizarin

Bereits aus dem 3. Jahrhundert vor Christus stammen Belege, daß Krapp als Farbmaterial für rot benutzt wurde. Dies wird in zwei Handschriften auf Papyrus erwähnt. In der Landgüterverordnung Karls des Großen, die ca. 800 nach Christus verfaßt wurde, ist der Anbau von Krapp vorgesehen. Im Mittelalter erzielte die Zunft der Färber mit dem Handel von verschiedenen Farbstoffen große Gewinne. Im Zeitraum von 1500 - 1700 sind nachweislich die Niederlande die größten Krappproduzenten. Diese werden dann im 18. Jahrhundert von Frankreich abgelöst. 1826 können Colin und Robiquet erstmals Alizarin als färbenden Bestandteil aus der Krappwurzel isolieren. Um 1840 erfährt der Krappanbau in Frankreich einen neuen Aufschwung, denn der König Louis Philippe befiehlt dem Militär rote Hosen und Mützen. In der Mitte des 19. Jahrhunderts liegt der Krappwurzelverbrauch noch bei 50000 Tonnen weltweit. 1868 gelingt dann Graebe und Liebermann die Synthese von Alizarin. Von diesem Zeitpunkt an überholte die synthetische Herstellung von Alizarin den Krappanbau bei weitem. Der Krappanbau wurde schließlich fast ganz eingestellt, da er sich in der Konkurrenz mit dem synthetischen Alizarin durch die hohen Kosten nicht behaupten konnte.

Die Krapppflanze (Färberröte)

Der Artname der Krapppflanze lautet "Rubia tinctorium". Es ist eine mehrjährige Pflanze aus der Familie der Rötegewächse (Rubiaceae). Sie hat quirlständige, lanzettliche Blätter und kleine, unscheinbare, gelbe Blüten. Sie gehört zu den Spreizklimmern (bis zu 1,50 m lange schlaffe Sprosse). D.h. sie benötigt andere Pflanzen oder künstliche Stützen um in die Höhe zu wachsen. Ihre Blätter und Stengel sind durch aufsitzende Stachelzähnchen rauh (althochdeutsch: "krapso" = Haken). Ohne Stütze belegt eine Krapppflanze mehr als einen Quadratmeter Boden. Der Farbstoff Alizarin befindet sich vor allem in der Wurzelrinde. Die Wurzeln sind 20 - 30 cm lang, ca. 12 mm dick und außen hellrot gefärbt. Der Krappanbau erfordert tiefgründige, nahrhafte, feuchte Böden (am besten Lehmböden mit Sandgehalt) und ein warmes Klima. Die eigentliche Heimat dieser Pflanze ist Zentralasien, Vorderasien und der östliche Mittelmeerraum.

Rubia tinctorium

Verschiedene Färbeergebnisse mit Krapp

 

Der Stoff Alizarin

Der Farbstoff Alizarin gehört zu der Gruppe der Beizenfarbstoffe. Gleichzeitig gehört er zu der Gruppe der Anthrachionfarbstoffe, welche eine oder mehrere Anthrachionbaugruppen enthalten. In dem Anthrachinonmolekül sind zwei Carbonylgruppen über eine chinoide Struktur miteinander konjugiert. Die schwach gelbe Verbindung ist selbst kein Farbstoff. Natürlich kommt Alizarin in der Wurzel der Krapppflanze vor, aus der es früher gewonnen wurde. Heute wird er ausschließlich synthetisch hergestellt. Alizarin entsteht bei der Alkalischmelze von Anthrachinon-2-sulfonsäure, wobei gleichzeitig das 1-ständige H - Atom durch Luftsauerstoff zu -OH oxidiert wird.

Alizarin

 

Eigener Färbeversuch mit Alizarin

Chemikalien : Alizarin, Aluminiumchlorid bzw. Eisen(III)-chlorid, Natriumacetat, Baumwollapen

Geräte : 3 * 600 ml Bechergläser, Glasstab, Dreifuß, Asbestnetz

Durchführung : In ein Becherglas gibt man 3 Spatel Aluminiumchlorid bzw. Eisen(III)-chlorid in 200 ml Wasser und legt den Baumwollappen kurz in die Beize. Der durchgefeuchtete Lappen wird über einen Glasstab gehängt und einige Minuten Wasserdampf ausgesetzt (dazu wird in einem anderen Becherglas Wasser zum Sieden gebracht). Anschließend wird der Lappen in der Färbelösung, die man in einem Becherglas aus 2 Spateln Alizarin und 1 Spatelspitze Natriumacetat in ca. 200 ml Wasser bereitet hat, etwa 3 Minuten zusammen mit einem ungebeiztem Lappen gekocht. Nach dem Färben werden die Stoffproben in heißem Wasser ausgespült.

Beobachtung : Bei der Durchführung des Versuches mit Aluminiumchlorid war das Ergebnis nicht besonders eindeutig. Die Lappen waren beide fast gleichstark rot eingefärbt. Der ungebeizte Lappen war lediglich ein wenig heller. Bei dem gleichen Versuch mit Eisen(III)-chlorid fiel das Ergebnis dann wesentlich eindeutiger aus. Beide Lappen waren zwar violett gefärbt wobei aber der zuvor gebeizte Lappen nun erheblich dunkler eingefärbt war.

 

Deutung :

 

 

Zunächst reagiert das Al 3+ Ion des Aluminiumchlorid mit zwei OH-Gruppen der Cellulosefaser. Dabei werden die Protonen abgespaltet. An die nun entstandenen O- lagert sich das Al 3+ -Ion an. Diese Reaktion fand in der Beizlösung und beim anschließenden Erhitzen satt. In der Färbelösung wird nun von der OH-Gruppe des Alizarins ein Proton abgespalten. Mit dem so entstandenen O- lagert sich das Alizarin nun an das Al+ R2 an, welches ja auch schon mit der Cellulosefaser verbunden ist. Außerdem bildet sich auch noch eine koordinative Bindung zwischen dem Al -Atom und dem Sauerstoffatom der Carbonylgruppe. So erhält man eine waschechte Verbindung zwischen Faser und Farbstoffmolekül.