染料的发色理论

关于染料的发色理论对染料的使用是随着织布技术发展起来的，在公元前3000多年时，已经开始使用天然染料，我们的祖先从植物中提取茜草、靛蓝、菘蓝、红花作为染料，从贝、螺中制取泰雅红紫染料。由于从动植物中提取染料的产量低，而且采集原料不易，所以在古时候，有颜色的衣服只有富有阶层才能穿。特别是紫色，更是昂贵，这才有了“满朝朱紫贵”的诗句。

到1857年，英国的W.H.Perkin用煤焦油中的苯制得了有机合成染料苯胺紫(Marvein),并且实现了工业化生产，这是合成染料大规模生产的开始。

染料发展史第2页,共15页，2024年2月25日，星期天染料的发色理论

经典发色理论近代发色理论第3页,共15页，2024年2月25日，星期天经典发色理论1865年引入了苯环的概念；

1868年提出了最初将色素的颜色和化学结构联系起来，认为颜色和不饱和性有关；1876年提出发色团学说，认为有机化合物必须含有一种可能产生颜色的基团，这些基团可称为发色基团，都是一些不饱和基团，例如：1888年有人提出醌构理论，即有色有机化合物分子中含有邻醌基或对醌基形成的结构。第4页,共15页，2024年2月25日，星期天我们的观点经典发色理论只能解释某些染料的发色原理，不能作为一个可以广泛应用的理论；经典理论只是总结了分子的外观规律——带某些基团的分子有颜色，却没有说清楚为什么带了这些基团就会有颜色；所以相对而言，我们觉得近代发色理论具有更完整，更广泛的应用意义。第5页,共15页，2024年2月25日，星期天近代发色理论物质对光发生不同的选择吸收就会呈现各种颜色。由于各个分子中化学键的本质、电子的流动性、以及分子基态至激发态的激发能各不相同，使得不同分子对光的吸收存在很大的差异。当分子中存在π电子或n电子时，电子就可以通过对光的吸收被激发到反键轨道上——从基态到激发态会产生一个能量差ΔE＝E1－E0，ΔE即为被染料分子选择吸收的能量。第6页,共15页，2024年2月25日，星期天

E=hυ

以摩尔计:E=hCN/λ=28000/λ(kcal/mol)

在可见光范围内：

E=28000/400=70kcal/mol～E=28000/760=37kcal/mol因此只有能在37～70kcal/mol能量范围内产生激化状态的分子才是有色化合物。第7页,共15页，2024年2月25日，星期天分子中每增加一个双键就能把吸收光子的波长向长波方向移动，即降低激发能。例如在丁二烯分子中插入乙烯，吸收峰的移动如图：

这是因为随着双键的增加，增长了共轭体系，电子的离域性能就变大了，成键轨道和反键轨道的数目也增加了，而且最高充满轨道（HOMO）能级和最低空轨道（LUMO）能级的能量差值即减少，使得激发光波的波长移向长波方向。第8页,共15页，2024年2月25日，星期天除增加共轭双键会使吸收波长红移外，在共轭体系上连接带孤电子对的基团，会把激发能降得更低。这一性质对染料很重要，事实上染料结构并不是一个很长的共轭体系，而是在较短的共轭链上连接了带孤电子对的基团，才使得分子显现颜色。第9页,共15页，2024年2月25日，星期天染料化合物的颜色就是它所吸收的光波颜色的补色

吸收波长/nm颜色定性的颜色400～440紫罗兰带绿色的黄400～500蓝带绿色的黄460～500带绿色的蓝橙400～620带蓝色的绿红480～520绿品红560～700橙青600～700红带蓝色的绿第10页,共15页，2024年2月25日，星期天染料的分类按结构分按应用分偶氮染料硝基和亚硝基染料

蒽醌染料

靛族染料

硫化染料

酸性染料和酸性媒介染料

碱性染料直接染料活性染料

阳离子染料

第11页,共15页，2024年2月25日，星期天介绍几种比较常见的染料刚果红，偶氮结构的直接染料。亚甲基蓝，活性染料。茜素，媒染料，古代最早使用的一种染料，从茜草中获得。第12页,共15页，2024年2月25日，星期天靛蓝，瓮染料，最古老的染料之一，从菘蓝中取得。阴丹士林蓝，英文名称为：Indanthrene，它也是一种瓮染料，这是我国应用最广泛的一种染料。靛蓝结构的测定和它的工业生产，曾经过很漫长的道路，是有机化学发展史上的一项重要事件。第13页,共15页，2024年2月25日，星期天芳香胺的致癌作用原理：芳香胺本身不会直接致癌，需要经过机体活化，活化的芳香胺与核酸中的碱基作用，使原来正常的碱基对变成错误配对，从而使人体细胞的DNA发生结构和功能的改变，产生肿瘤细胞，并且通过尿行将致癌物转移。所以患者多得膀胱癌。芳香胺是制取偶氮染料的重要原料，而这些偶氮染料会受人体中肠菌和某些酶的作用而发生生物还原，重新断裂释放出致癌芳香胺，所以会对工人和消费者带来很大的危险。