第2章 染料的颜色与结构的关系

,第二章染料的颜色与结构的关系,第一节光和色的基本概念第二节染料的发色理论第三节染料分子结构与颜色的关系第四节外界条件对吸收光谱的影响,第一节光和色的基本概念,一、光的概念可见光：波长范围大约在380780nm的电磁波电磁波：无线电波红外线可见光紫外线X射线射线600007803801000.1nm混色光：太阳光,第二章染料的颜色与结构的关系,返回第2章目录,第一节光和色的基本概念,不同波长的可见光的颜色及其互补色关系表：波长nm光谱色互补色380435紫黄绿435480蓝黄480490蓝绿橙490500绿蓝红500560绿红紫560580黄绿紫580595黄蓝595605橙蓝绿605780红绿蓝,第二章染料的颜色与结构的关系,返回第2章目录,第一节光和色的基本概念,二、关于物体颜色的概念物体的颜色：人眼感觉到的颜色是物体发出的可见光,或是物体对太阳光或另一光源发出的光部分地吸收后反射或透射出来的光的颜色。色环：,第二章染料的颜色与结构的关系,返回第2章目录,第一节光和色的基本概念,颜色的纯度：物体对光线的吸收接近某一种波长，则物体的颜色纯度就高。颜色的亮度：物体吸收可见光后，反射出来的光量多，则物体的颜色亮度就大。颜色的深浅：物体对可见光的最大吸收波长愈长，则色调愈深，最大吸收波长愈短，则颜色愈浅。颜色的浓淡：物体的颜色的强度，用颜色的浓淡表示，它是物体吸收一定波长光线的量的多少。人们把能增加染料吸收波长的效应称为深色效应，把增加染料吸收强度的效应叫浓色效应。反之，把降低吸收波长的效应称为浅色效应，把降低吸收强度的效应叫减色效应。,第二章染料的颜色与结构的关系,返回第2章目录,第二节染料的发色理论,发色团与助色团理论：有机化合物结构中至少需要有某些不饱和基团存在时才能发色，这些基团称之为发色基团，主要的发色基团有-N=N-、=C=C=、-N=O、-NO2、=C=O等。含有发色团的分子称为发色体或色原体。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。主要的发色基团有-N=N-、=C=C=、-N=O、-NO2、=C=O等。有机化合物分子中还应含有助色团。助色团是能加强发色团的发色作用，并增加染料与被染物的结合力的各种基团。主要的助色团有-NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等。另外磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)等为特殊的助色团，它们对发色团并无显著影响，但可以使染料具有水溶性和对某些物质具有染色能力。,一、早期发色理论,第二章染料的颜色与结构的关系,醌构理论：染料之所以有颜色，是因为其分子中有醌结构存在。醌型结构可视为分子的发色团。,返回第2章目录,第二节染料的发色理论,二、近代发色理论物质的颜色主要是由于物质中的电子在可见光作用下发生*(或伴随有n*)跃迁的结果。电磁波都具有波粒二象性。即波动性和微粒性两重性质。光波的波长、频率与光速C的关系为：C=光速C=31017nm/s光子的能量E与光的频率的关系为：E=h=hC/普朗克常数h=6.6210-34Js。根据可见光(400760nm)范围，一个染料分子内部电子跃迁所需的激化能最高为：E=hC/=4.9710-19J最低为：E=hC/=2.6110-19J染料在1.571052.99105Jmol-1能量范围内产生激化状态的分子才有颜色。,第二章染料的颜色与结构的关系,返回第2章目录,第三节染料分子结构与颜色的关系,一、共轭双键系统与染料颜色的关系,深色效应：染料的最大吸收波长max向长波方向移动。浓色效应：染料的吸收强度max增大。染料分子的共轭双键系统中共轭双键越多，为深色效应和浓色效应。例如：,第二章染料的颜色与结构的关系,最大吸收波长max200285384吸收强度lgmax3.653.753.8,返回第2章目录,第三节染料分子结构与颜色的关系,第二章染料的颜色与结构的关系,可以看出共轭双键越多，染料的颜色越深。,又如：,返回第2章目录,第三节染料分子结构与颜色的关系,二、染料分子的同平面性对颜色的影响,在共轭体系中，如果分子的平面结构受到破坏，电子相互重叠的程度就会降低，这样会影响光的吸收，产生浅色效应。例如：,第二章染料的颜色与结构的关系,返回第2章目录,第三节染料分子结构与颜色的关系,如果有机化合物的共轭双键系统被单键隔离，如：CH2、NH、NHCO、NHCONH、SO2、S等基团，将共轭双键系统分为两个部分，从而使共轭双键系统变短，而且由于围绕单键的旋转引起分子平面结构的破坏，将导致浅色效应。共轭双键系统被NHCONH隔离，染料的双键数目虽多，但分子共轭双键系统中断，染料为浅色。例如：,第二章染料的颜色与结构的关系,返回第2章目录,第三节染料分子结构与颜色的关系,三、共轭双键系统上极性基团对染料的颜色的影响,如果在染料共轭双键系统上引入NO2、NO、N=N、=C=O、CN等具有吸电子性的发色团或引入OH、OR、NHR、NR2、NH2等具有给电子性的助色团，染料的最大吸收波长向长波方向移动，即深色效应；而且染料的吸收强度也增大，即浓色效应。若在染料共轭双键系统上同时引入吸电子基和供电子基，则效应更明显。例如：,第二章染料的颜色与结构的关系,返回第2章目录,一、溶液的性质的影响有色有机化合物在溶剂极性大的情况下，一般为深色效应。因为一般*跃迁激发态在极性溶剂中比较稳定，激发能较低。例如：苯酚蓝,第四节外界条件对吸收光谱的影响,第二章染料的颜色与结构的关系,分子的左边是供电子基，右边是吸电子基，激发时电子发生转移。变成：,激发态在极性溶剂中比较稳定，因而产生深色效应。同理，染料在纤维上的颜色也会因纤维极性不同而不同，一般来说，同一染料上染不同的纤维时，在极性高的纤维上呈深色效应，在极性低的纤维上呈浅色效应。如阳离子染料在涤纶上得色较在腈纶上浅。,返回第2章目录,第四节外界条件对吸收光谱的影响,第二章染料的颜色与结构的关系,二、溶液的浓度的影响当染料溶液浓度很小时，染料在溶液中以单分子状态存在。如果加大溶液的浓度，会使溶质分子聚集成为二聚体或多聚体，一般情况下，聚集态的分子电子流动性较低，会产生浅色效应。,三、温度的影响溶液中溶质的聚集倾向一般随温度的升高而降低，因此，提高温度会产生深色效应。某些有机化合物能随温度变化改变其分子结构，具有热变色性。例如：热敏变色染料。,四、pH值的影响有些有机化合物在溶液pH值改变时会发生变色。有些情况是由于共轭体系发生了变化，例如甲基橙在酸性溶液中呈腙式结构，一端为强吸电子基，另一端为强供电子基，颜色由橙变红：,返回第2章目录,第四节外界条件对吸收光谱的影响,第二章染料的颜色与结构的关系,有些有机化合物在溶液pH值改变时会发生离子化作用。有机化合物的吸电子基和供电子基发生离子化作用，由于介质及取代基的性质及取代基的位置不同，离子化后，可使颜色的深浅和吸收强度发生变化。在碱性介质中，中性的含有供电子基OH的有机化合物分子转变为阴离子，供电子性质显著增强，也使色泽的深度和强度增加。例如：,返回第2章目录,第四节外界条件对吸收光谱的影响,第二章染料的颜色与结构的关系,在酸性介质中，含有供电子基