第三章 染料的颜色和结构
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染料化学第一节.染料概述染料是使纤维或其他基质染成鲜明而坚牢色泽的有机化和物。
作为染料除了具有鲜明的色泽外,还须能溶于水或借助于化学方法使之溶于水及制成分散液,在染色时舍染液而上染纤维,上染后具有一定的坚牢度,即在后加工或服用过程中保持不褪色。
有一部分有色物质(包括有机物和无机物),不溶于水和一般有机溶剂,但也能上染纤维,他们往往借助于某些高分子物(粘合剂)将悬浮状态的颜料细小颗粒粘在纤维表面,这种有色物质称为颜料,颜料主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液着色。
染料一般具有以下特点:①.有鲜艳的色泽②.能溶于水或通过其他化学方法能够均匀的分散在染色介质中。
②.与纤维有一定的亲和力,可以舍染液而上染纤维。
④.有一定牢度,在织物服用过程中不掉色,不退色。
第二节.发色理论1.光与色光是一种客观存在的电磁波,色是一种人脑主观的反映。
只有光入射的眼睛里面,大脑才能产生颜色的概念。
可见光的波长范围大约为400nm~760nm,从波长760nm~400nm的光依次就是红成黄绿蓝靛紫。
物体之所以有颜色,是因为它对可见光的某一或某一段波长发生了选择性吸收,反射或透射出来的就是剩余色光的复合光,表现为其吸收光的补色。
关于补色可以用一个色环来表示,每种光的对角就是它的补光。
2.色彩的属性色彩具有三个属性:①色相(Hue),表示色的特质,是区别色彩的必要名称,例如红色,蓝色等。
它与色彩的强弱,明暗没有关系,只是纯粹表示色的相貌差异。
其本质是光的某一段波长。
②明度(Value),表示色彩的强度,即色光的明暗度。
不同的色光,反射的光亮强弱不一,因而产生不同程度的明暗。
其本质是光波的波幅大小。
③彩度(Chroma),表示色的纯度,即色的饱和度,具体来说就是色光汇总含有白或黑的成分多少。
3.拼色日常生活中见到的大多是复合光,在印染加工中一般也要用两种或以上的染料拼混配色,以获得规定的色泽,颜色的混合有三种方法:加法、减法和平均法。
第 1 章染料的颜色与结构及功能染料简介学习目标 :①以量子概念,,分子激发理论阐述染料对光的选择吸收的原因。
②掌握染料颜色与染料分子结构的关系以及外界因素的影响。
③理解功能染料的概念,并熟悉荧光染料、夜光染料及变色染料的颜色产生机理。
④了解荧光染料、夜光染料及变色染料在纺织染整方面的应用,思考染料发展方向。
导言:早在 19 世纪 60 年代 W.H.Perkin 发明合成染料以后,人们对染料的颜色和结构的关系进行了深入的研究,并提出了各种理论。
量子力学的发展使人们对物质的结构的认识有了一个新的突破,此后人们开始从量子力学的角度来对染料的颜色和结构的关系进行研究。
在早期的颜色理论中,发色团及助色团理论的影响很大。
染料的颜色除了与染料本身结构有关外,还受到外界条件的影响。
随着科技的发展,功能染料在当今的社会发展中起到了越来越重要的作用。
荧光染料、夜光染料及变色染料在纺织染整方面的应用也得到很重要的发展。
1.1 光与色颜色是光线刺激了眼睛而在大脑中反映出来的一种主观感受。
它需要考虑到物理学和生理学两方面的因素。
光具有波粒二象性。
很早以前,麦克斯韦就提出了光具有电磁波的特性。
它由相互垂直的电场和磁场组成,其振幅以波动方式分别随时间和距离而变化。
1905 年,普朗克和爱因斯坦建立了一种与电磁辐射模型显然不同的微粒子理论。
这种理论把光看成是一束不连续的能量微粒或光子流,但它按麦克斯韦波动理论的波阵面速度传播。
现在我们知道,光既是一种波又是一种微粒,它具有波粒二象性。
光是一种电磁波,波长不同的光会使光的性质不同,从而引起不同的色觉。
波长为400nm-800nm的光按适当比例的混合后,照射到眼睛的视网膜上呈现的是白色。
使一束这样的混合光通过一个适当的棱镜或光栅,我们会看到连续的有色光谱,其色调主要以此为红、橙、黄、绿、蓝和紫。
这些有色光的波长从红到紫以依次递减。
因此,低能量的光子产生红色的感觉,高能量的光子产生紫色的感觉。
《染料化学》原始教程第3章染料的颜色和结构第3章染料颜色和结构(Color and Constitution of Dyes)本章分4个小节进行介绍:§3.1 吸光现象和吸收光谱曲线§3.2 吸收光谱的量子概念§3.3 染料发色的两种理论§3.4 染料颜色与结构的关系通过本章学习,要掌握以下内容:1、侧重掌握染料发色的价键理论,即共振理论。
它可以定性地解释发色团与助色团在染料结构中与颜色的关系,即描述它们是如何产生深色效应、浓色效应、浅色效应、淡色效应的,以及这些效应和最大吸收浓长λmax和最大摩尔吸光系数εmax 之间的关系。
2、了解染料发色的分子轨道理论。
它试图定量描述染料发色机制,由于染料发色本质的复杂性和多元性,尚难以通过理论计算求出染料的λmax,但是它对进一步解释结构与颜色的关系提供了强大的理论基础。
3、掌握染料颜色与介质性质的关系。
一般来说,当激化态染料分子为极性共振结构时,极性溶剂将产生深色效应;当基态染料分子显极性结构时,非极性溶剂将产生深色效应。
上述结论,反之亦然。
4、尝试由染料结构与颜色的关系解释一些官能团,如吸电子基团、供电子基团、隔离基团在染料结构设计中的运用,判断染料结构与其颜色的关系,比较不同结构的染料其颜色的深浅和浓淡取向等。
5、物质的吸收特性和吸光曲线,由染料的吸光曲线分析染料。
《染料化学》原始教程 第3章 染料的颜色和结构 §3.1 吸光现象和吸收光谱曲线一、概念述语光——可产生色感的电磁波。
习惯上称产生色感的电磁波谓之可见“光”,如红光、紫光等,不可见的电磁波谓之辐射“线”,如红外线IR 、紫外线UV 等。
色——视觉对可见光的感受。
物质对光的选择吸收便显现了物质的颜色。
发色团——结构中能吸收可见光波的吸电子基团。
它以提升染料的λmax 为主导。
助色团——接在π共轭体系上的供电子基团。
它以提升染料的εmax 为主导。
《染料化学》习题第一章染料概述1名词解释:(1)染料(2)颜料(3)染料商品化(4)染色牢度(7)致癌染料。
2、构成染料的条件是什么?3、按纺织纤维分类写出各种纤维染色适用的染料(应用分类名称)。
4、染料的名称由哪几部分组成?各表示什么?5、何谓染料商品化加工?染料的商品化加工有何作用?常用哪些助剂?6、评价染色牢度的指标有哪些?7、什么是《染料索引》?包含哪些内容?8、试指出下列染料的类属(结构分类,应用分类)(1)OHOHO OHOH2 20%H 2SO4-110~115 C-SO3HNH」OH O( 2)OHSO3HNa2S75~80 C SO3Na N02 OH OSO3NaCOONa^■■1_N= Nso3H》_NHCONH_《SO3Na(4)BrNHX Br XX COCOONa-J直接铜盐紫)3RL (C. I. 25355)(5)SO3NaOHN= NO OHO NH —CH 3NHCOBrNHc—C/(H3O2NBrNH2(5 )禁用染料(6)致敏染料第二章中间体及重要的单元反应1何谓染料中料,在合成中料中主要采用哪些单元反应?2、 试述卤化、磺化和硝化在染料中料合成中的作用,并以反应方程式表示引入这些取代基的方法。
3、 合成染料用的主要原料是什么?有哪些常用的中间体?写出从芳烃开始合成下列中料、染料的途径。
(7) ( 8)(9)( 10)4、 以氨基萘磺酸的合成为例,说明萘的反应特点以及在萘环上引入羟基、氨基的常用方法。
5、 以蒽醌中料的合成为例,说明在蒽醌上引入羟基、氨基的常用方法。
6、 何谓重氮化反应?影响重氮化反应的因素有哪些?7、 何谓偶合反应?偶合剂主要有哪几类?影响偶合反应的因素有哪些? 8、 试述偶合反应的 pH 值对偶合反应速率的影响。
9、 盐对偶合反应的速率有什么影响?10、以芳烃为原料,写出下列染料合成反应过程和基本反应条件。
第三章染料的颜色和结构1、名词解释: (1)发色团(2)助色团(3)深色效应(4)浓色效应(5)浅色效应(6)淡色效应 (7)互补色(8)单色光(9)积分吸收强度(10)吸收选律(11) Lambert-Beer 吸收定律2、从染料的吸收光谱曲线的性状上可得到哪些信息?(1) (2)(3)(4) SO s NaOH NH 2(5)O 2N NO 2NaO 3NH 2OHO OHO OHO NH 2NH 2 O O NH 2O(1)3、 试用量子概念、分子激化理论解释染料选择吸收光线的原因。
第3章染料颜色和结构(Color and Constitution of Dyes)本章分4个小节进行介绍:§3.1 吸光现象和吸收光谱曲线§3.2 吸收光谱的量子概念§3.3 染料发色的两种理论§3.4 染料颜色与结构的关系通过本章学习,要掌握以下内容:1、侧重掌握染料发色的价键理论,即共振理论。
它可以定性地解释发色团与助色团在染料结构中与颜色的关系,即描述它们是如何产生深色效应、浓色效应、浅色效应、淡色效应的,以及这些效应和最大吸收浓长λmax和最大摩尔吸光系数εmax 之间的关系。
2、了解染料发色的分子轨道理论。
它试图定量描述染料发色机制,由于染料发色本质的复杂性和多元性,尚难以通过理论计算求出染料的λmax,但是它对进一步解释结构与颜色的关系提供了强大的理论基础。
3、掌握染料颜色与介质性质的关系。
一般来说,当激化态染料分子为极性共振结构时,极性溶剂将产生深色效应;当基态染料分子显极性结构时,非极性溶剂将产生深色效应。
上述结论,反之亦然。
4、尝试由染料结构与颜色的关系解释一些官能团,如吸电子基团、供电子基团、隔离基团在染料结构设计中的运用,判断染料结构与其颜色的关系,比较不同结构的染料其颜色的深浅和浓淡取向等。
5、物质的吸收特性和吸光曲线,由染料的吸光曲线分析染料。
§3.1 吸光现象和吸收光谱曲线一、概念述语光——可产生色感的电磁波。
习惯上称产生色感的电磁波谓之可见“光”,如红光、紫光等,不可见的电磁波谓之辐射“线”,如红外线IR 、紫外线UV 等。
色——视觉对可见光的感受。
物质对光的选择吸收便显现了物质的颜色。
发色团——结构中能吸收可见光波的吸电子基团。
它以提升染料的λmax 为主导。
助色团——接在π共轭体系上的供电子基团。
它以提升染料的εmax 为主导。
全色——连续光谱依自然比例混合后的颜色。
可见光波全波段(380-780nm )的光按自然比例混合后可以得到白色(指人类视野),反过来,白色光通过色散可以得到一段连续光谱(红、橙、黄、绿、青、蓝、紫)。
化学颜料和染料的结构和颜色关系化学颜料和染料是重要的颜色源,它们广泛应用于绘画、印刷、纺织等领域。
本文将探讨化学颜料和染料的结构与其颜色之间的关系。
一、化学颜料的结构特点化学颜料是一种粉末状颜色物质,具有较好的色彩鲜艳度和遮盖力。
它们的颜色来源于分子结构中的特定基团和官能团。
化学颜料的结构特点主要包括以下几个方面:1. 颜料的颜色基团:化学颜料分子中的特定基团赋予其颜色。
不同的颜色基团反映出不同的吸收光谱区域。
例如,苯环具有共轭结构,能吸收紫外光,导致分子呈现黄色或红色。
2. 遮盖性与粒度分布:颜料的遮盖性与颗粒的大小和分布有关。
较小颗粒能更好地散射和吸收光线,从而增强遮盖性。
此外,颗粒的分布均匀度也影响着颜料的色彩均匀度。
3. 耐光性:由于颜料常暴露于阳光照射下,其结构需要具备一定程度的耐光性。
一些颜料分子通过添加有机或无机草酸、醌等结构单元来增强其耐光性,减少颜料的褪色。
二、染料的结构与颜色关系与颜料不同,染料是具有可溶性的有机分子,能够在染料与纤维或其他材料间形成化学键而实现着色。
染料的结构与颜色之间的关系主要由以下几个因素决定:1. 色团结构:染料分子中的色团决定了染料的颜色。
常见的色团包括偶氮类、芳香醇、芳香醛等。
不同的色团对光的吸收和反射产生不同的效果,从而呈现出不同的颜色。
2. 共轭结构:许多染料分子具有共轭结构,通过延长π电子体系,增加色团的吸收范围。
这使得染料可以吸收较宽的光谱范围,呈现出更深的颜色。
3. 可溶性与亲和力:染料需要具有一定的可溶性,以便在染色过程中充分与纤维或其他材料发生相互作用。
此外,染料还需要与纤维表面存在一定的亲和力,以确保染料牢固地结合在材料上。
三、结构与颜色关系的应用了解化学颜料和染料的结构与颜色关系,有助于合成出更多种类的高性能颜料和染料,并应用于各行各业。
如今,许多科研机构和企业致力于开发新型颜料和染料的设计和合成,以满足人们对颜色的特殊需求。
此外,了解颜料和染料结构与颜色之间的关系,还对于文化艺术的发展具有重要意义。
染料分子结构与颜色的关系[摘要] 通过建立有机染料分子模型,用Gaussian03量子化学软件包计算其最大吸收波长,讨论有机染料分子结构与其颜色的关系。
采用半经验PM3方法对模型化合物的几何结构进行了优化。
根据优化结果,对以上化合物的性质进行分析。
[关键词] Gaussian 03;染料分子;共轭结构0 引言染料是有颜色的物质,染料的颜色源于其分子对可见光选择性地吸收,而主要的颜色是它的最大吸收光的互补色。
按照量子化学观点,分子在紫外区和可见区的吸收属于电子光谱,通过计算,可以得到分子中所有分子轨道的能量。
可以近似地认为,分子的激发能等于最低空轨道(LUMO)与最高占据轨道(HUMO)的能级差ΔE。
根据普朗克公式ΔE=hν,可以计算出分子的吸收频率和最大吸收波长,再根据互补色理论,得到染料的颜色。
1 计算方法用Gaussian 03量子化学软件包,采用杂化密度泛函理论基础中的B3LYP方法,在STO-3G 基组水平上,对具有共轭结构化合物的的几何结构进行了优化,算出LUMO 与HUMO的能级差,继而算出最大吸收波长,得出染料化合物结构与颜色的关系并作相关的讨论。
2 结果与讨论2.1 共轭结构的影响根据计算机优化结果可以发现,染料分子的共轭结构的差异对颜色有着不同的影响。
图 1.染料分子结构式表1 染料分子颜色与共轭键数目的关系n 1 2 3 4 5 6 ΔE /eV 4.833 4.224 3.785 3.452 3.205 3.009λmax /nm257 294 328 360 388 413颜色无色无色无色无色浅黄色黄色如表1所示,染料分子的颜色随共轭键数目的增加而加深。
π→π*跃迁的能级随着π→π共轭体系中的共轭数目增加而逐渐减少,所需激发能减少,导致分子的最大吸收波长增长,颜色变深。
表 2 苯及稠环能量及性质HOMO -0.35835 -0.32470 -0.30313 -0.28925 -0.27975LUMO -0.01456 -0.01498 -0.03564 -0.04971 -0.05977△E 0.34379 0.30972 0.26749 0.23954 0.21998 λmax(n m)255285384480580颜色无色无色无色黄色蓝色由于苯环的π电子具有较好的流动性。