第六章染料与颜料研讨.doc

第章 染料与颜料6.1 染料概述6.1.1 染料的概念6.1.2 染料的分类和命名6.2 颜色与染料染色 h：普朗克常数，6.625×10—34 j.s c：光速 γ：频率 λ：波长 由上式可见，光子的能量与波长成反比。 6、2、2光和色的关系 当可见光照射到某物体上时，若能全部通过，则称其为无色透明体；若全部被反射，则为白色不透明体；若全部被吸收，则为黑色不透明体；若只是部分吸收，另外部分反射出来，人眼才能感觉到颜色。所以物体的颜色，是它在连续照射的白光中，于一定波长范围内选择性吸收的结果。 不过，在此要提醒大家一点，我们所看到的颜色，不是物体吸收掉波长的颜色，而是反射波长的颜色，也就是吸收光的补色。光谱色和补色的关系如下图： 一般来说，黄、橙、红称为浅色，绿、青、兰为深色。 由上图可见，染料的吸收波长加大，光谱色变浅，而所呈现的色调加深；反之亦然。 颜色的纯度由染料吸收可见光的波长范围有关。若只吸收一种波长，纯度就很高；若吸收波长范围较宽，形成了混合颜色，颜色的纯度就要下降。 染料的亮度与被反射出来的反射光量有关。若反射光越多，亮度越大。 6、2、3染料的化学结构与发色 1、发色理论 染料的颜色和染料分子结构有关。在染料化学领域，科研工作者作了许多把颜色和结构相联系起来的工作。 从1868年提出不饱和键的元素发生颜色的假设，维特提出了发色团和助色团的学说；又有醌构理论，用电子云概念解释色的深浅的某些规律。近年来，从分子轨道理论来研究有机化合物颜色和分子结构的关系等。 维特的发色团和助色团学说认为，有机化合物的颜色与分子中发色团有关，含有发色团的分子称为发色体，发色团有： -CH=CH-，-N=O，-N=N-，-N-O，， 增加共轭双键，颜色加深，羰基增加颜色也加深。向分子中引入一些基团时，也能使发色体颜色加深，这些基团被称为助色团，如-NH2，-OH，-OR，-NHR，-X等。 有机化学电子理论认为，原子间键的性质、电子流动性和激化能的关系，分子结构与颜色的关系存在某些规律。 （1）共轭双键系统 有机化合物分子中π电子的叠合降低了激发能。而随着共轭双键长度增加，激发能则进一步降低，则最高吸收波长移向长波方向，导致颜色加深。例如： 黄色 C.I.酸性黑1 C.I. Acid Black1 C.I. 20470 CAS：1064-48-8 C.I. 酸性红88 C.I. Acid Red 88 C.I.15620 CAS：1658-56-6 分子结构中，萘环代替苯环，或偶氮基数目增加，颜色加深，即共轭双键系统愈长颜色愈深。 （2）取代基的影响 共轭系统中引入给电子取代基时，如-NH2、-OH，基团的孤对电子与共轭系统中的π-电子共轭，减低了分子激发能，使颜色加深；吸电子基如硝基、氰基等对共轭体系有诱导效应，可使染料分子的极性增加，从而使激发态分子也比较稳定，也加深染料分子的颜色。 取代基的引入还有一个位阻效应。若基团的引入使共轭平面破坏，会发生浅色效应，同时吸收强度降低。 （3）分子的离子化 有机化合物分子中含有给电子基或吸电子取代基时，分子发生离子化，能引起最高吸收波长向长波方向或短波方向移动，这种现象与介质的性质、取代基的性质及其在共轭系统中的位置有关。 在含有吸电子基、（亚胺） 的分子中，当介质的酸性增强时，分子转变成阳离子，增强了吸电子性，使颜色加深。 含有给电子基团的分子中，增加碱性，由于羟基氧原子失去质子，转变成阴离子，给电子性增加，颜色加深。 但氨基在酸性介质中的离子化，因形成阳离子而降低了给电子作用，使颜色变浅。 （4）分子的平面结构 当分子内共轭双键的全部组成部分处在同一平面时，π电子的叠合程度最大；平面结构受到破坏，π电子叠合程度降低，颜色变浅。 （5）形成金属络合物的影响 在络合金属染料分子中，染料的颜色随金属原子不同而呈不同色泽，配位键由参与共轭的孤对电子构成，络合物颜色加深，例如： 第一个染料 C.I.媒介红11（茜素，酸性媒介红B） C.I. Mordant Red 11 C.I. 58000 CAS：72-48-0 如果络合物的形成，并不改变π电子云，则络合物的颜色不发生显著变化： 这些都是在大量实践基础上总结的若干经验规律，可以说明一部分染料结构和颜色的关系，也可以用来在合成染料时对各种颜色所要求的结构提供粗略的定性参考。但它不能解释造成颜色深浅的原因。所以，近年来，以分子轨道理论为基础，借助电子计算机来设计染料分子，这是近代染料科学的重要研究内容之一。 2、偶氮染料的发色 偶氮染料是染料中最重要的一类。研究它的颜色与其结构的关系，具有一定的代表意