染料化学课后习题答案

染料化学课后习题答案第一章一. 何谓染料以及构成染料的条件是什么试述染料与颜料的异同点。

答：染料是能将纤维或其他基质染成一定颜色的有色有机化合物。

成为染料需要具备以下两个条件：（1）可溶于水，或者可在染色时转变成可溶状态，对纤维有一定的亲合力。

（2）能够使纤维着色，且上染后具有一定的染色牢度。

染料与颜料的相同点：都可以用于纤维或基质的着色。

不同点：染料主要用于纺织物的染色和印花，它们大多可溶于水，有的可在染色时转变成可溶状态。

染料可直接或通过某些媒介物质与纤维发生物理的和化学的结合而染着在纤维上。

染料主要的应用领域是各种纺织纤维的着色，同时也广泛地应用于塑料、橡胶、油墨、皮革、食品、造纸等工业。

颜料是不溶于水和一般有机溶剂的有机或无机有色化合物。

它们主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液的着色，也可用于纺织物的染色及印花。

颜料本身对纤维没有染着能力，使用时是通过高分子粘合剂的作用，将颜料的微小颗粒粘着在纤维的表面或内部。

二．试述染料和颜料的分类方法；写出各类纺织纤维染色适用的染料（按应用分类）。

答：染料分类：1.按化学结构分类分为：偶氮染料、蒽醌染料、芳甲烷染料、靛族染料、硫化染料、酞菁染料、硝基和亚硝基染料，此外还有其他结构类型的染料，如甲川和多甲川类染料、二苯乙烯类染料以及各种杂环类染料等。

2. 按应用性能分为：直接染料、酸性染料、阳离子染料、活性染料、不溶性偶氮染料、分散染料、还原染料、硫化染料、缩聚染料、荧光增白剂，此外，还有用于纺织品的氧化染料（如苯胺黑）、溶剂染料、丙纶染料以及用于食品的食用色素等。

纺织纤维按其来源可以分为3类，植物纤维，动物纤维，合成纤维；对于植物纤维，如棉，麻可用直接染料，活性染料，还原染料，不溶性偶氮染料，硫化染料，缩聚染料进行染色。

对于动物纤维，如羊毛，蚕丝可以用酸性染料，中性染料，媒染染料，活性染料进行着色。

合成纤维，常见的有涤纶，锦纶，腈纶，涤纶可以用分散染料染色，锦纶可以用酸性染料染色，腈纶可以用阳离子染料染色。

三、按染料应用分类，列表说明各类染料的结构和性质特点、染色对象、方法。

六.何谓染色牢度，主要有哪些指标来评价染料的染色牢度答：习惯上，将纺织物上的染料在服用或加工处理过程中经受各种因素的作用而在不同程度上能保持其原来色泽的性能叫做染色牢度。

染料在纺织物上所受外界因素作用的性质不同，就有各种相应的染色牢度，例如日晒、皂洗、气候、氯漂、摩擦、汗渍、耐光、熨烫牢度以及毛织物上的耐缩绒和分散染料的升华牢度等。

七.何谓功能染料试述功能染料在功能纺织品和生物医疗中的应用。

答：功能性染料是一类具有特殊功能或应用性能的染料，这种特殊功能指的是染料用于着色用途以外的性能,通常都与近代高、新技术领域关联的光、电、热、化学、生化等性质相关。

8第二章一、何谓染料中料有哪些常用的中料，它们主要通过哪几类反应来合成的试写出下列中料的合成途径（从芳烃开始）OH NH2SO3Na NaO3SCH CHSO3Na NaO3SNO2O2NCHCCNNCH3 HOOHNH2 NaO3S OHNaO3S NH2OONH2NH2O O OHOHOONHNHOONH2答：由苯、甲苯、二甲苯、萘和蒽醌等基本原料开始，要先经过一系列化学反应把它们制成各种芳烃衍生物，然后再进一步制成染料。

习惯上，将这些还不具有染料特性的芳烃衍生物叫做“染料中间体”简称“中间体”或“中料”。

合成染料主要是由为数不多的几种芳烃（苯、甲苯、二甲苯、萘和蒽醌等）作为基本原料而制得的。

常用的中间体有，苯胺，硝基苯，卤代苯，烷基苯，苯酚，萘酚，苯磺酸，萘磺酸等。

合成染料中料的反应主要可归纳为三类反应，其一是通过亲电取代使芳环上的氢原子被－NO2、－Br、－Cl、－SO3Na、－R等基团取代的反应；其二是芳环上已有取代基转变成另一种取代基的反应，如氨化、羟基化等；其三是形成杂环或新的碳环的反应，即成环缩合。

3NaH 2SO 494%SO 3H SO 3HHO 3SSO 3HSO 3HHNO 3HO 3S SO 3HSO 3HNO 2Fe+HClHO 3SSO 3HSO 3HNH 2CH CH SO 3N aNaO 3SNO 2O 2NCH 3O 2N CH 3H 2SO 4 SO 3CH 3SO 3N aO 2N [O]HNO 3CCHC N NCH 3HO ClNH NH NHNH 2SO 3HSO 3HNH2SO 3HOH (NH )SO , NH145℃SO 3HNH 2HO 3SSO 3HH 2SO 4 SO 3稀H 24NH 2HO 3SSO 3HNH 2HO 3SOH58% NaOH OHH 2SO 423OH SO3HHO3SHO32勃契勒反应SO3HOHOO243HgSO4OOSO3HSO3HNaClO3OOClClOONH2NH2OO243OOSO3HOOOHOH3185℃OONHNHOOOHOH[H]Zn,HClOHOHOHOH33OONH2 OOH SO SOHgSO4OOSO3NH4OH二.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。

答：萘的磺化随磺化条件，特别是随温度的不同得到不同的磺化产物。

低温（<60℃）磺化时，由于位上的反应速率比β位高，主要产物为取代物。

随着温度的提高（165℃）和时间的推移，位上的磺酸基会发生转位生成β-萘磺酸。

（一）萘环上引入羟基的方法有（1）酸基碱熔反应：萘磺酸在高温下（300℃）与氢氧化钠或氢氧化钾共熔时磺酸基转变成羟基ONaSO 3HNaOH 270℃H+OH（2）羟基置换卤素反应：Ar-Cl＋2NaOH＋ H 2OH ＋Ar-OHNO NO 2ClNO 2NO 2ONa2NO 2OHH ＋（3）羟基置换氨基反应NH 2OH15－20％H 2SO 4200℃：（二）在萘环上引入氨基的反应，主要是硝基还原和氨解反应，（1）硝基的还原，如NO 2SO 3HSO 3HNH 2H 2 /Pt（2）氨解反应如OHNH 2NH 4HSO 3NaOH NaHSO 3NH 3三.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。

答：蒽醌上引入羟基的常用的方法是酸基碱熔法，如OOSO 3HNaOH OO ONa HOOOH蒽醌上引入氨基最常用的方法是氨解法：如β-氨基蒽醌NH 3H-T H-PNH 3Cat H-T H-POOSO 3HOO ClOO NH 2OONH 2四.试述芳胺的重氮化反应机理及其影响反应的因素，阐述各类芳胺的重氮化方法及反应条件。

答：1.重氮化反应机理：色基和盐酸与亚硝酸钠的反应称为重氮化反应。

对于重氮化反应本身来说，溶液中具有一定的质子浓度是一个必要的条件,反应中，首先是盐酸与亚硝酸钠作用生成亚硝酸，在酸性介质中亚硝酸与酸反应生成亚硝化试剂，反应如下：2.重氮化反应影响因素： (1) 酸的用量和浓度：要使反应顺利进行，酸必须过量。

酸的用量取决于芳伯胺的碱性，碱性越弱，过量越多。

酸的浓度影响下列反应：Ar-NH 2 + H 3+OAr-NH 3+ H 2O HNO 2 + H 2OH 3O + NO 2－一般说，无机酸浓度低时，后一影响是主要的，浓度升高反应速率增加；随着浓度的进一步增加，前一影响逐渐成为主要因素，浓度越高反应速率反而降低。

（2）亚硝酸的用量：重氮化反应进行时，自始至终必须保持亚硝酸稍过量，否则也会引起自我偶合反应。

（3）反应温度：重氮化反应一般在0~5℃进行，较高温度会加速重氮盐和亚硝酸的分解。

（4）芳胺的碱性：当酸的浓度很低时，芳胺的碱性对N-亚硝化的影响是主要的,这时芳胺的碱性越强反应速率越快。

在酸的浓度较高时，铵盐的水解难易（游离胺的浓度）是主要影响因素，这时碱性较弱的芳伯胺的重氮化速率快。

3.各类芳胺的重氮化方法及反应条件：根据芳胺不同性质，可以确定它们的重氮化条件，如重氮化试剂（即选用的无机酸），反应温度，酸的浓度和用量以及反应时的加料顺序。

（1）碱性较强的一元胺与二元胺如苯胺、甲苯胺、甲氧基苯胺、二甲苯胺及-萘胺、联甲氧基苯胺等，这些芳胺的特征是碱性较强，分子中不含有吸电子基，容易和无机酸生成稳定的铵盐，铵盐较难水解，重氮化时，酸量不宜过量过多，否则溶液中游离芳胺存在量太少，影响反应速率。

重氮化时，一般先将芳胺溶于稀酸中，然后在冷却的条件下，加入亚硝酸钠溶液（即顺法）。

（2）碱性较弱的芳胺如硝基甲苯胺，硝基苯胺，多氯苯胺等，这些芳胺分子中含有吸电子取代基，碱性较弱，难以和稀酸成盐，生成铵盐。

在水中也很容易水解生成游离芳胺。

因此它们的重氮化反应速率比碱性较强的芳胺快，所以必须用较浓的酸加热使芳胺溶解，然后冷却析出芳胺沉淀，并且要迅速加入亚硝酸溶液以保持亚硝酸在反应中过量，否则，偶合活泼性很高的对硝基苯胺重氮液容易和溶液中游离的对硝基苯胺自偶合生成黄色的重氮胺基化合物沉淀。

（3）弱碱性芳胺若芳胺的碱性降低到即使用很浓的酸也不能溶解时，它们的重氮化就要用亚硝酸钠和浓硫酸为重氮化试剂。

在浓硫酸或冰醋酸中这些芳胺的铵盐很不稳定，并且很容易水解，在浓硫酸中仍有游离胺存在，故可重氮化。

对铵盐溶解度极小的芳胺（形成钠盐），也可采用反式重氮化，即等分子量的芳胺和亚硝酸钠混合后，加入到盐酸（硫酸）和冰的混合物中，进行重氮化。

（4）氨基偶氮化合物氨基偶氮化合物如：N＝N－HO3S NH2N＝N－NH2HO3S在酸性介质中迅速达成如下平衡：N＝N－HO3SNH2HO3SNH－N＝＝NH 偶氮苯醌腙体生成的醌腙体难溶于水，不能进行重氮化反应。

为了防止醌腙体的盐生成，当偶氮染料生成后，加碱溶解，然后盐析，使之全部成为偶氮体的钠盐，析出沉淀过滤。

加入亚硝酸钠溶液，迅速倒入盐酸和冰水的混合物中，可使重氮反应进行到底。

（5）邻-氨基苯酚类在常规的条件下重氮化时，很容易被亚硝酸所氧化，因此它的重氮化是在醋酸中进行的，醋酸是弱酸，与亚硝酸钠作用缓慢放出亚硝酸，并立即与此类化合物作用，可避免发生氧化作用。

NH2OH SO3H NaNO23N＝NOSO3H五.试述重氮盐的偶合反应机理及其影响反应的因素，阐述各类偶合组分的偶合反应条件。

答：偶合反应条件对反应过程影响的各种研究结果表明，偶合反应是一个芳环亲电取代反应。

在反应过程中，第一步是重氮盐阳离子和偶合组分结合形成一个中间产物；第二步是这个中间产物释放质子给质子接受体，生成偶氮化合物。

Ar－N＝N2＋Ar－N＝N－HNH 2Ar－N＝H2Ar－N＝N－NH2＋ HBB影响偶合反应的因素：（1）重氮盐偶合是芳香族亲电取代反应。

重氮盐芳核上有吸电子取代基存在时，加强了重氮盐的亲电子性，偶合活泼性高；反之，芳核上有给电子取代基存在时，减弱了重氮盐的亲电子性，偶合活泼性低。