精细化学第五章-功能性染料讲解课件

1、第五章第五章 功能性染料功能性染料功能性染料的分类和用途功能性染料的分类和用途色素分类色素分类功能特性功能特性应用实例应用实例光致变色色素光照发生颜色变化玩具、服装、变色纤维热致变色色素受热或受冷而发生颜色的变化热敏纸（传真纸、心电图纸等）、示温材料电致变色色素电场下变色广告版、液晶光盘用色素吸收激光发热分解CD-R和DVD-R光盘功能性染料的分类和用途功能性染料的分类和用途色素分类色素分类功能特性功能特性应用实例应用实例生物医用色素与生物体内的金属例子结合后荧光性能发生改变，光照产生单线态氧疾病监测、DNA测序、荧光探针、光动力治疗太阳能存储用色素将光能转化为化学能玩具、服装、变色纤维化学发

2、光色素氧化反应发光化学光棒5.1 5.1 光致变色色素光致变色色素 光致变色现象指的是物质（有机分子或无极分子）受光致变色现象指的是物质（有机分子或无极分子）受到光照射后，其最大吸收波长（或反射光的波长）发生变到光照射后，其最大吸收波长（或反射光的波长）发生变化的现象。具有这种性质的物质称为化的现象。具有这种性质的物质称为光致变色材料或光致光致变色材料或光致变色色素变色色素。AB12，光致变色材料的应用光致变色材料的应用光致变色色素加入透明树脂中，制成变色材料，光致变色色素加入透明树脂中，制成变色材料，可以用于太阳眼镜片、服装、玩具等可以用于太阳眼镜片、服装、玩具等用光致变色色素制成防伪油墨用

3、光致变色色素制成防伪油墨光信息存储（可擦式光盘、光信息存储（可擦式光盘、CD-ECD-E）分子开关，应用于光电技术和光控装置中分子开关，应用于光电技术和光控装置中5.1 5.1 光致变色色素光致变色色素5.1.1 5.1.1 光致变色色素的分类光致变色色素的分类（1 1）由共轭链变化导致的光致变色色素）由共轭链变化导致的光致变色色素OXNNO2RHR2R1hv1hv2-OXN+NO2RR1R2HNOXNRR2R1hv1hv2-OXN+RR1NR2螺吡喃类螺吡喃类螺螺噁噁嗪类嗪类NNR3R4R1R2NNR3R4R1R2hv1-+联吡啶类联吡啶类（1 1）由共轭链变化导致的光致变色色素）由共轭链变

4、化导致的光致变色色素氮丙啶类氮丙啶类噁噁嗪类嗪类hv1NRNR-+ONNCH3CH3R1R2Rhv1hv2ONNCH3CH3R1R2R（2 2）由顺）由顺- -反结构变化引起的光致变色色素反结构变化引起的光致变色色素硫靛类硫靛类偶氮类偶氮类hv1hv2SSOOSSOOhv1hv2NNNN（3 3）由分子内质子转移产生颜色变化的光致变色色素）由分子内质子转移产生颜色变化的光致变色色素西夫碱类西夫碱类呫呫吨酮类吨酮类hv1hv2CHOHNCHONhv1hv2OOOHOOHOHOOHCOOH（4 4）由开环）由开环- -闭环反应引起变色的光致变色色素闭环反应引起变色的光致变色色素俘精酸酐类俘精酸酐类

5、芳香稠环化合物类芳香稠环化合物类hv1hv2OMeXMeMeROOMeOXROOMeMeMeMe（5 5）由加氧）由加氧- -脱氧反应引起变色的光致变色色素脱氧反应引起变色的光致变色色素OMeMeOXX415nm313nmO2OMeMeOOO（6 6）由光氧化）由光氧化- -还原反应引起变色的光致变色色素还原反应引起变色的光致变色色素三芳二吡嗪类三芳二吡嗪类四氯萘酮类四氯萘酮类（7 7）由均裂反应引起变色的光致变色色素）由均裂反应引起变色的光致变色色素NNNNOONHNHNNOHOHHH+hv/H+O2几种光致变色材料几种光致变色材料一、俘精酸酐一、俘精酸酐 俘精酸酐是芳取代的二亚甲基丁二酸酐

6、化合物的统俘精酸酐是芳取代的二亚甲基丁二酸酐化合物的统称其分子通式可表示为：称其分子通式可表示为：几种光致变色材料几种光致变色材料几种光致变色材料几种光致变色材料二、吲哚啉苯并螺噻喃二、吲哚啉苯并螺噻喃螺吡喃螺吡喃螺噻喃螺噻喃螺螺噁噁嗪嗪几种光致变色材料几种光致变色材料三、偶氮化台物三、偶氮化台物5.2 5.2 热致变色色素热致变色色素 示温材料、丝网印刷和凹版印刷用油墨（如各种示温材料、丝网印刷和凹版印刷用油墨（如各种薄膜、标签、包装物、日用品、玩具等需要随温度变薄膜、标签、包装物、日用品、玩具等需要随温度变色制品的印刷）色制品的印刷） 热致变色现象是指某些物质在受热或受冷时所发生的热致变色

7、现象是指某些物质在受热或受冷时所发生的色变。具有热致变色特性的物质成为色变。具有热致变色特性的物质成为热致变色材料热致变色材料。热致变色材料的应用主要有：热致变色材料的应用主要有：5.2 5.2 热致变色色素热致变色色素1 1、晶型转变晶型转变：无机热致变色材料的变色机理主要有：无机热致变色材料的变色机理主要有：5.2 5.2 热致变色色素热致变色色素5.2 5.2 热致变色色素热致变色色素2 2、热分解分子结构改变机理、热分解分子结构改变机理 含有内结晶水的含有内结晶水的CuCu、CoCo、NiNi等的无机盐类可逆热致等的无机盐类可逆热致变色材料的变色主要是由物质分子结构改变引起的，即变色材

8、料的变色主要是由物质分子结构改变引起的，即物质被加热到一定温度时失去结晶水而引起颜色变化，物质被加热到一定温度时失去结晶水而引起颜色变化，当冷却时其重新吸收环境中的水汽，逐渐恢复到原来的当冷却时其重新吸收环境中的水汽，逐渐恢复到原来的颜色。颜色。 这类可逆热致变色材料受热后变色快，但颜色复原这类可逆热致变色材料受热后变色快，但颜色复原需要较长的时间和较高的相对湿度，受环境影响较大。需要较长的时间和较高的相对湿度，受环境影响较大。5.2 5.2 热致变色色素热致变色色素3 3、分子间化学反应机理、分子间化学反应机理 该机理亦可称之为该机理亦可称之为“电子得失机理电子得失机理”，即发生分子，即发生

9、分子间的化学反应，电子在不同的组分中转移引起氧化还原间的化学反应，电子在不同的组分中转移引起氧化还原型的变化，从而导致颜色的改变。型的变化，从而导致颜色的改变。5.2 5.2 热致变色色素热致变色色素4 4、配位几何构型变化机理、配位几何构型变化机理 大多数金属配位化合物的变色机理是配位几何构型大多数金属配位化合物的变色机理是配位几何构型变色，其变色主要是由电子跃迁引起的。变色，其变色主要是由电子跃迁引起的。 如如(CH(CH3 3) )2 2CHNHCHNH3 3CuClCuCl3 3受热后配位数由受热后配位数由5 5变为变为6 6，引起构，引起构型由平面锥型变为双锥型。型由平面锥型变为双锥

10、型。5.2 5.2 热致变色色素热致变色色素 液晶是介于固态与各向同性液态之间的中间态物相，即液晶是介于固态与各向同性液态之间的中间态物相，即为三维有序的空间结构和各向同性的均质熔融物质。热致液为三维有序的空间结构和各向同性的均质熔融物质。热致液晶是指由温度变化所引起的，并且只能在一定温度范围内存晶是指由温度变化所引起的，并且只能在一定温度范围内存在的晶态物质。在的晶态物质。 液晶类可逆热致变色材料具有层状结构，分子长轴在层液晶类可逆热致变色材料具有层状结构，分子长轴在层内相互平行，但邻近分子层之间分子轴方向有偏移，因而形内相互平行，但邻近分子层之间分子轴方向有偏移，因而形成螺旋结构，其周期性

11、的层间距称为螺距，温度变化会使螺成螺旋结构，其周期性的层间距称为螺距，温度变化会使螺距发生变化，而不同的螺距会反射不同波长的光，从而显示距发生变化，而不同的螺距会反射不同波长的光，从而显示出颜色变化。大多数胆甾液晶的螺距对温度都有很强的依赖出颜色变化。大多数胆甾液晶的螺距对温度都有很强的依赖性，只要温度稍微变化，选择散射光波长就会有很大变化。性，只要温度稍微变化，选择散射光波长就会有很大变化。液晶类可逆热致变色材料及其变色机理液晶类可逆热致变色材料及其变色机理5.2 5.2 热致变色色素热致变色色素 有机类可逆热致变色材料主要由电子给予体有机类可逆热致变色材料主要由电子给予体( (发色剂发色剂

12、) )，电子接受体（显色剂）、溶剂三部分组成，其中决定颜色的电子接受体（显色剂）、溶剂三部分组成，其中决定颜色的是电子给予体，决定显色深浅的是电子接受体，溶剂则决定是电子给予体，决定显色深浅的是电子接受体，溶剂则决定变色温度。变色温度。变色机理：变色机理： 通常情况下电子给予体和电子接受体的氧化还原电位接通常情况下电子给予体和电子接受体的氧化还原电位接近，当温度变化时，二者氧化还原电位相对变化程度不同，近，当温度变化时，二者氧化还原电位相对变化程度不同，使氧化还原反应的方向随着温度的改变而改变，通过电子的使氧化还原反应的方向随着温度的改变而改变，通过电子的转移而吸收或辐射一定波长的光，表观上便

13、有了颜色的变化。转移而吸收或辐射一定波长的光，表观上便有了颜色的变化。有机类可逆热致变色材料及其变色机理有机类可逆热致变色材料及其变色机理5.2 5.2 热致变色色素热致变色色素5.2 5.2 热致变色色素热致变色色素 目前研究和开发的发色剂种类比较多，根据有机化合物目前研究和开发的发色剂种类比较多，根据有机化合物的命名可将其分为：三芳甲烷类、荧烷类、吲哚啉苯酞类、的命名可将其分为：三芳甲烷类、荧烷类、吲哚啉苯酞类、吩噻嗪类、螺吡喃类、席夫碱类、螺环类、双蒽酮类等，而吩噻嗪类、螺吡喃类、席夫碱类、螺环类、双蒽酮类等，而现阶段对三芳甲烷类和荧烷类发色剂的研究和开发最多。现阶段对三芳甲烷类和荧烷类

14、发色剂的研究和开发最多。发色剂发色剂5.2.2 5.2.2 有机热致变色材料有机热致变色材料三芳甲烷类热致变色色素三芳甲烷类热致变色色素无色无色蓝色蓝色C(H3C)3NN(CH3)3N(CH3)3OCOCH(H3C)3NN(CH3)3N(CH3)3COOH+ H+- H+CONH(C4H9)2NOCOCl+ H+ H+CONH(C4H9)2NCOOHCl 分子体系中的一个碳原子由分子体系中的一个碳原子由sp3sp3杂化态转为杂化态转为sp2sp2杂化杂化态，使原先被隔开的态，使原先被隔开的体系转变为完整的大体系转变为完整的大体系，进体系，进而使化合物改变颜色。而使化合物改变颜色。荧烷类热致变色

15、色素荧烷类热致变色色素5.2.2 5.2.2 有机热致变色材料有机热致变色材料 显色剂是引起热变色的有机化合物，它接受发色剂显色剂是引起热变色的有机化合物，它接受发色剂提供的电子而产生颜色反应。提供的电子而产生颜色反应。 显色剂主要分为无机类和有机类：显色剂主要分为无机类和有机类： 无机类主要是一些酸性白土或活性白土以及高岭土、无机类主要是一些酸性白土或活性白土以及高岭土、铝镁硅酸盐类铝镁硅酸盐类。 常用有机类显色剂主要有：酚羟基化合物及其衍生常用有机类显色剂主要有：酚羟基化合物及其衍生物，如双酚物，如双酚A A、对羟基苯甲酸苄酯、对羟基苯甲酸苄酯、4-4-羟基香豆素等；羧羟基香豆素等；羧基化

16、合物及其衍生物，如己酸、辛酸、硬脂酸、对苯二基化合物及其衍生物，如己酸、辛酸、硬脂酸、对苯二甲酸及一些可以提供质子的路易斯酸等。甲酸及一些可以提供质子的路易斯酸等。显色剂显色剂5.2.2 5.2.2 有机热致变色材料有机热致变色材料 溶剂又被称之为溶剂又被称之为“温度调节剂温度调节剂”，是一系列调节温，是一系列调节温度变化的有机化合物，其决定可逆热致变色材料的变色度变化的有机化合物，其决定可逆热致变色材料的变色温度。如果要调节设计变色温度，可改变所用的溶剂。温度。如果要调节设计变色温度，可改变所用的溶剂。溶剂的熔点对热致变色材料的变色温度具有决定作用，溶剂的熔点对热致变色材料的变色温度具有决定

17、作用，但不影响颜色变化。但不影响颜色变化。 溶剂溶剂5.2.2 5.2.2 有机热致变色材料有机热致变色材料5.3 5.3 有机电致变色色素有机电致变色色素 无机电致变色色素无机电致变色色素主要是过渡金属氧化物（氧化主要是过渡金属氧化物（氧化钨、氧化镍、氧化钴等）络合物、普鲁士蓝等；钨、氧化镍、氧化钴等）络合物、普鲁士蓝等； 有机电致变色色素有机电致变色色素根据分子量的大小又可分为有根据分子量的大小又可分为有机小分子电致变色材料和高分子电致变色材料。机小分子电致变色材料和高分子电致变色材料。 电致变色现象是指在外接电压或者电流的驱动下，物电致变色现象是指在外接电压或者电流的驱动下，物质发生电化

18、学氧化还原反应而引起颜色变化的现象。具有质发生电化学氧化还原反应而引起颜色变化的现象。具有电致变色特性的物质成为电致变色特性的物质成为电致变色色素电致变色色素。 电致变色色素可分为无机变色色素和有机电致变色电致变色色素可分为无机变色色素和有机电致变色色素。色素。有机电致变色色素的特性有机电致变色色素的特性1 1、颜色变化的可逆性、方便性、灵敏性、多色性；、颜色变化的可逆性、方便性、灵敏性、多色性；2 2、颜色深度的可控性；、颜色深度的可控性；3 3、颜色的记忆性；、颜色的记忆性；4 4、电致变色材料的驱动电压低；、电致变色材料的驱动电压低；5 5、颜色环境适应性强。、颜色环境适应性强。电致变色

19、色素的应用电致变色色素的应用电致变色显示器电致变色显示器电致变色智能窗玻璃电致变色智能窗玻璃无眩反光镜无眩反光镜电致变色存储器件电致变色存储器件5.3.25.3.2有机电致变色色素的分类有机电致变色色素的分类5.3.2.1 5.3.2.1 有机小分子电致变色色素有机小分子电致变色色素1 1、紫罗精及其衍生物类、紫罗精及其衍生物类NNH2CH2C+COOHOO2 2、蒽醌类、蒽醌类5.3.25.3.2有机电致变色色素的分类有机电致变色色素的分类3 3、金属酞菁类、金属酞菁类4 4、芳香胺类、芳香胺类NNNNNNNNCuNOCH3H3COOCH35.3.25.3.2有机电致变色色素的分类有机电致变

20、色色素的分类5 5、氮杂环衍生物类、氮杂环衍生物类6 6、荧烷类、荧烷类OCH3NNCH=CH(C2H5)2NN(C2H5)2COOOCH3(C2H5)2NCH35.3.25.3.2有机电致变色色素的分类有机电致变色色素的分类7 7、螺吡喃类、螺吡喃类8 8、六芳基乙烷衍生物类、六芳基乙烷衍生物类ONH2CCH2N(CH3)2NONO5.4 5.4 电致发光材料电致发光材料 电致发光现象电致发光现象是某些物质受到外界电场的作用下而将是某些物质受到外界电场的作用下而将电能直接转换成光能的现象。具有这种性能的材料称为电电能直接转换成光能的现象。具有这种性能的材料称为电致发光材料。致发光材料。 新型

21、的电致发光材料，具有能耗低、易弯曲、响应速度新型的电致发光材料，具有能耗低、易弯曲、响应速度快，视角广、可大面积显示、发光色彩齐全、可与现有各种快，视角广、可大面积显示、发光色彩齐全、可与现有各种技术兼容等优点。技术兼容等优点。5.4 5.4 电致发光材料电致发光材料5.4 5.4 有机电致发光的原理及器件结构有机电致发光的原理及器件结构发光原理：发光原理：5.4 5.4 有机电致发光的原理及器件结构有机电致发光的原理及器件结构5.4 5.4 电致发光材料电致发光材料 从目前的研究成果来看从目前的研究成果来看, ,作为有机电致发光器件核心的发光材料可分作为有机电致发光器件核心的发光材料可分为以

22、下为以下4 4类类: :1 1、小分子有机染料：、小分子有机染料： 这类材料具有高的荧光效率这类材料具有高的荧光效率, ,并且可以通过真空沉积法成膜并且可以通过真空沉积法成膜, ,但是成膜但是成膜后容易结晶后容易结晶, ,有时甚至易于其它的有机材料形成激基复合物有时甚至易于其它的有机材料形成激基复合物, ,因此这类材料因此这类材料的单独应用比较少。的单独应用比较少。2 2、金属络合物：、金属络合物： 其中典型的可以其中典型的可以8-8-羟基喹啉络合物羟基喹啉络合物(Alq3)(Alq3)为代表为代表, ,还有现在研究比还有现在研究比较多的一些稀土元素的络合物，这类材料的性质介于无机和有机之间。

23、较多的一些稀土元素的络合物，这类材料的性质介于无机和有机之间。它们除可作为它们除可作为ELEL的发光材料外，还可作为电子传输材料。的发光材料外，还可作为电子传输材料。3 3、有机聚合物材料：、有机聚合物材料： 典型的以聚对苯乙烯类典型的以聚对苯乙烯类(PPV)(PPV)为代表为代表, ,这类材料是目前研究最多的这类材料是目前研究最多的电致发光材料电致发光材料, ,它们具有如下特点它们具有如下特点:1:1具有良好的加工性能具有良好的加工性能, ,可制成大面可制成大面积薄膜积薄膜; 2; 2具有良好的电、热稳定性具有良好的电、热稳定性;3;3其共轭聚合物电子结构、发光颜其共轭聚合物电子结构、发光颜

24、色可在合成过程中进行化学调节。色可在合成过程中进行化学调节。4 4、有机磷光材料：、有机磷光材料： 有机磷光材料是很有竞争力的发光材料，有广阔的应用前景，他有机磷光材料是很有竞争力的发光材料，有广阔的应用前景，他的研究应该说方兴未艾。主要的磷光材料是卟啉类和重金属铱的配合的研究应该说方兴未艾。主要的磷光材料是卟啉类和重金属铱的配合物两种。物两种。5.4 5.4 电致发光材料电致发光材料5.5 5.5 光盘用色素光盘用色素1 1、光盘的类型：、光盘的类型：CDROMCDROM： read only memoryread only memoryCDWORMCDWORM：write once read manywrite once read manyCDRWCDRW： RewritablesRewritablesCDCD：compact disccompact disc只读：只读：可写：可写：5.5 5.5 光盘用色素光盘用色素2 2、CD-RCD-R光盘的用途：光盘的用途：5.5 5.5 光盘用色素光盘用色素3 3、CD-RCD-R光盘的结构：光盘的结构：5.5 5.5 光盘用色素光盘用色素4 4、CD-RCD-R光盘的结构及记录原理：光盘的结构及记录