第三章 染料的颜色和结构
① 发色团与助色团学说
什么是发色团?助色团?发色体? 发色团:使染料表现颜色,含双键的原子基团 。
如:偶氮基 —N=N— ; 硝 基 —NO2 ; 羰 基 C O ; 乙烯基 —CH=CH—
助色团 :使染料颜色加深,或增强染料对纤维的亲
和力,或增强染料的水溶性的基团。
如: 羟 基 —OH 深色作用;增强染料对纤维的亲和性; 氨 基 —NH2 深色作用;增强染料对纤维的亲和性; 磺酸基 —SO3H 增强染料的水溶性和对纤维的亲和性.
由于染料分子结构的复杂性,以及分子内各基团间互影响的多样性, 所以染料结构与颜色的关系是一个十分复杂的问题。人们运用量子力学理 论,通过对价键性质、电子云形状和所处能级变化等方面的初步分析,通 过对不同结构染料吸收光谱的测定,摸索总结出一些规律,如:共轭双键 系统、取代基的影响、分子的离子化、共轭系统的“受阻”现象、分子的平 面结构、形成金属络合物的影响等。
① 与染料分子本身结构有关; ② 染料的颜色也和照射在染料上的光线性质有关。
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发色体:含有发色团的分子称为发色体。发色团被 引入的愈少,颜色愈浅;发色团被引入的愈多,颜 色愈深。
以下情况可使颜色加深: 1)增加侧链内的烯基数目; 2)增加羧基的数目,特别是增加彼此直接联结的羧基; 3)以萘环代替偶氮染料中的苯环; 4)把一定的取代基加入分子内。
② 近代发色理论
根据量子化学及休克尔(Huckel)分子轨道理论,有 机化合物呈现不同的颜色是由于该物质吸收不同波长的 电磁波而使其内部的电子发生跃迁所致。能够作为染料 的有机化合物,它的内部电子跃迁所需的激化能必须在 可见光(400nm~760nm)范围内。
在1868年格拉勃(Graebe)和李勃曼(Liebermamm)就提出 不饱和性是有机化合物发色的原因。至1876年,这种假设被德国 的维特(O.N.Witt)进一步确定,并认为有机物至少需有某些不 饱和基团存在时,才能显出颜色,他将这些基团称为发色团。
但并不是有发色团的有机物就一定会有颜色,这些发色团还必须连在 足够长的共轭体系上或者同时有多个发色团连在一起时,才能显出颜色。
§3.1 引言
染料的发色理论
——主要的发色理论有:发色团与助色团学说和近 代发色理论。
1. 有关染料的颜色与染料分子结构的关系的研究 2. 有关染料的颜色与光吸收现象的研究
补充: 染料分子结构与颜色的关系
早在1834年,人们就从胡萝卜和植物叶上分别提取了胡萝卜素 和叶绿素,以后又进一步发现,这些物质的颜色与它们的分子结 构有关。而染料的分子结构与颜色的关系则是在1856年珀金发明 了第一个合成染料以后,才开始引起人们的注意,并对有机物呈 色的原因提出了各种理论。随着光谱科学的发展,人们不仅能测 出不同物质的吸收光谱图,而且还可通过吸收光谱来了解物质的 结构,由此确定:任何物质的颜色是由于其对可见光产生了选择 性吸收的结果,染料的颜色与结构的关系实质上就是染料分子对 光的选择吸收特性与结构之间的关系。
物质的颜色主要是物质中的电子在可见光作用下 发生π→π*(或伴随有n→π*)跃迁的结果,因此研究物 质的颜色和结构的关系可归结为研究共轭体系中π电子 的性质,即染料对可见光的吸收主要是由其分子中的π 电子运动状态所决定的。
§3.2 吸收现象与吸收光谱曲线
一、颜色与吸收 1、染料的颜色与哪些因素有关?
橙
蓝
5955n8m0nm 黄
480nm
蓝 绿-蓝
580nm
黄-绿 绿
-绿
490nm
560nm
500nm
蓝色颜料(除蓝色光线, 能微吸收绿色和紫色光,强烈吸收其余光)
注: 互补染料:在染料混合中,当两种染料混合时,
如果一种染料所反射的色光,全被另一种染料所吸 收,则该两种染料就称为互补色。
5. 人类视觉系统对色的反映
橙
蓝
5955n8m0nm 黄
480nm
蓝 绿-蓝
580nm 黄-绿 绿 -绿 490nm
560nm
500nm
4. 颜色的拼配 三原色: 红 黄 蓝 红 黄
二次色: 橙
绿紫 橙
三次色:
橙
黄灰 蓝灰 红灰
绿
紫
颜色拼配举例
700nm
400nm
605nm 红 红紫 紫 435nm
绿
黄色颜料(除黄色光线, 能微吸收绿色和橙色光, 强烈吸收其余光线)
第三章 染料的颜色和结构
§3.1 引言 §3.2 吸收现象与吸收光谱曲线 §3.3 吸收光谱曲线的量子概念 §3.4 染料颜色与结构的关系 §3.5 外界条件对吸收光谱的影响
本章教学要求
1.了解染料对光吸收现象的关系 2.了解光谱色的性质,吸收光谱曲线的量子 概念。 3.掌握染料分子结构与染料颜色之间的关系 (重点) 4.了解外界条件对吸收光谱的影响。
普通发色体的颜色,一般并不很深,对各类纤维也不一定有亲和力, 但当另外引入一些基团时,会使整个分子的颜色加深、加浓,并且对纤维 有 亲 和 力 , 维 特 把 这 些 基 团 称 为 助 色 团 。 主 要 的 助 色 团 有 : —OH 、 — OR、—NHR、—NR2、—Cl、—Br等。
此外,像—SO3Na、—COONa等较特殊的助色团,它们对颜色无显 著的影响,但可使染料具有水溶性,并使染料在水溶液里带负电荷,从而 对某些纤维产生亲和力。
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2、什么是光谱色? 可见光各种不同波长的光线反映的颜色称为
光谱色。
电磁波光谱中可见光谱范围很少:
红
橙
黄绿
青蓝
紫
3、物质的颜色与光谱色的关系
① 什么是物体的颜色?(什么时候物体呈无色?白 色?黑色?灰色?黄色?) ② 什么是光的补色?
700nm
400nm
605nm 红 红紫 紫 435nm
物体颜色
1. Illumination
4. "Color" 3. Observer
2. Sample
物体
反射 : 眼睛所看到的; 吸收 : 染料的作用; 透射率,不透明度,遮盖力:染料的效果。