染料化学第三章 染料的颜色和结构
染料的结构与颜色
(CH3)2N
H
N(CH3)2
C
孔雀绿隐色体（无色）
2019年9月18日
二、量子理论 1、光的量子理论 光是电磁波，具有波动性和微粒性（波粒两象性）。 光是由无数个具有不同能量的光量子组成的，光量子的
一、发色团和助色团理论 1、发色团 有色物质有颜色的原因是其分子结构中带有一些不饱和
基团。这些基团称为发色团。如：-N=N-、＞C=C＜、 -N=O、-NO2、＞C=O等。 有机物质要有颜色，发色团必须连在足够长的共轭体系 上，或者有几个发色团连成共轭体系。
含有发色团的分子共轭体系称为发色体。
λ max
λ
2019年9月18日
吸 收 带 ： 有 机 有 ε
色 物 质 对 光 的 吸 εmax
收有一宽的区域，
形成一个吸收峰，
称为吸收谱带，
简称吸收带。
λmax
λ
第一吸收带：波长最长的吸收带。
2019年9月18日
最大吸收波长：每一吸收 ε 带都有一个与最高摩尔吸 εmax
光度ε对应的波长，称为
浓
淡
2019年9月18λ日
Logε
3、颜色的鲜艳度： 在吸收光谱上，吸收峰既高又窄，说明物质分子对可见
光吸收的选择性很强，较完全地吸收了某一种波长的光， 而对其他光涉及不多，其补色显得非常明亮、纯正，鲜 艳度比较高。
logε
鲜艳
半高宽
h
不鲜艳
1/2h
λ
2019年9月18日
§2 有机化合物的发色理论
2019年9月18日
605nm
700 nm
物体的颜色就是物
染料的颜色与结构及功能染料简介解读
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。
染料化学课程
N C CH2
O
2、吡唑啉酮（1-苯基,3-甲基,5-吡唑啉 酮） 吡唑啉酮化合物主要用于合成偶氮型 黄色酸性染料和活性染料的中间体， 这种类型染料化学性能稳定，具有较 高耐晒牢度。
NH2 NaNO2 + HCl N N
+
NH NH2 NaHSO3
NH
NH2
-N=N-
蒽醌结构
芳甲烷结构
靛族染料
硫化染料
靛蓝结构
硫化染料
酞菁染料
硝基和亚硝基染料
酞菁结构
按 照 应 用 性 能 分 类
直接染料 还原染料 硫化染料 不溶性偶氮染料 活性染料 酸性染料 分散染料 阳离子染料 缩聚染料 荧光增白剂 食品染料等等
纤维素纤维， 主要是棉纤维染色 羊毛和丝绸的染色 涤纶、锦纶等的染色 腈纶的染色
NO2
+
NO2 2NH3
170 ¡ æ +
NH4Cl
Cl
NH2
NaOH
NO2 NH 2 SO3 H OH
H
例子
Cl N Cl N N HO3S SO3H OH HN N N H N SO3HOH N N HO3S O S O O F H N N N N SO3H H N
+
O 2NH3
180 ¡ æ
NH2 O
羟基的氨解
OH NH ,NH HSO 3 4 3 NH2
NaOH,NaHSO3
卤化物的氨解： 由于芳环上的卤素原子与芳环的共轭体系形成了p—π 共轭，所以芳环上的卤素原子非常稳定，难以直接转变 为氨基或羟基，然而如果在芳环上同时接有强吸电子基， 则有利于亲核取代反应的进行。
染料化学 第03章 颜色结构
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。
价键理论认为：对于共轭链来说，基态和激化态的共振程度随着双 键的增加而增加，其共振能随着双键的增加而下降，激化态比基态下降 得更快，因而激化能级间隔ΔE随着双键的增加而缩小，既是说最大吸收 波长λmax随之增加，这样而产生深色效应。
例如：卤代苯，引入吸电子基—X，使最大吸收波长增加λ’max↗。 在以上两图中，由价键理论判断：ΔE’<ΔE，则λmax>λ’max，产生深色效 应。
吸收强度，这一点对染料颜色的浓与淡具有实际意义。[1]P56-58
§3.3 染料发色的两种理论
经过漫长的研究过程，人们总结出染料发色的两个重要理论：
1、价键理论——用以定性地描述染料的发色机制， 2、分子轨道理论——试图定量描述染料的发色机制。
一、价键理论的本质
价键理论着眼于处理两个相邻原子之间相互作用时形成化学键的电 子运动状态和能量关系。它是“共振论”的一种描述形式。
更多内容，建议阅读：
[1] 王菊生，染整工艺原理，第三册，第3章，第4章 [2] J.Griffiths, Colour and Constitution of Organic molecules, Academic
Press,1976
△阅读布置
关于“染料的颜色和结构”、“染料的光化学基础”、“上染过程的吸附 现象”、“扩散和上染速率”这些内容，我们将在本课程今后具体染料的 各章节中根据内容需要穿插讲授。
染料化学 第03章 颜色结构
《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。
第三章 染料的颜色与结构-PPT精品文档
以D代表)
A＝lgI/I0 浓度c以摩· 升－1为单位，吸光度A和摩尔
吸光系数的关系为： A＝cl
染料激化态和基态之间的能级间隔E必须与此相适
应。这个能级间隔的大小虽然包含着振动能量和转动
能量的变化，但主要是由价电子激化所需的能量决定
的。就有机化合物而言，对可见光吸收的能级间隔是 由它们分子中电子运动状态所决定的。 键电子所处 的能级比较低， 激化的能级间隔较大，所需能量属 于远紫外线的能量范围。>C＝O、－N＝N－等氧、
吸收波长为： ＝hc/E
由上可知，激化态和基态的能 级间隔越小，吸收光波的频率 越低，而吸收波长则与此成反 比。作为染料，它们的主要吸 收波长应在380－780nm波段 范围内。染料激化态和基态之 间的能级间隔E必须与此相
适应。
v '= 2 v '= 1 v '= 0
E
v "= 2 v "= 1 v '= 0ຫໍສະໝຸດ 第二节 吸收现象和吸收光谱曲线
一、颜色和吸收
染料的颜色是它们所吸收的光波颜色(光谱色)的补 色，是它们对光的吸收特性在人们视觉上产生的反映。 染料分子的颜色和结构的关系，实质上就是染料分子 对光的吸收特性和它们的结构之间的关系。
二、吸收定律 染料的理想溶液对单色光(单色光是波长间隔很小的 光，严格地说是由单一波长的光波组成的光)的吸收强 度和溶液浓度、液层厚度间的关系服从朗伯特－比尔 (Lambert－Beer)定律。
染料化学知识点总结
染料化学知识点总结1. 染料的定义和分类染料是一类能够通过吸附或化学结合将颜色转移到纤维或其他材料上的化合物。
染料通常分为天然染料和合成染料两大类。
天然染料主要来自植物、动物或矿物，例如蓝莓、茜草和蓝靛。
合成染料则是人工合成的染料，具有丰富的颜色和稳定的性质。
2. 染料的结构和颜色原理染料的分子结构对其颜色具有决定性的影响。
染料分子通常包含芳香环结构，并且可以存在不同的共轭结构以增强吸收和发射光的能力。
染料颜色的形成与吸收和发射光的能力以及分子结构的共轭性有关，分子中的不同基团也会影响其颜色。
例如，共轭双键能够增加吸收光的范围，从而改变染料的颜色。
3. 染料的制备和合成合成染料通常是通过化学合成的方法制备的。
染料的合成过程可以从天然化合物出发，也可以从基础化学品出发，如苯乙烯和硝基苯。
在合成染料的过程中，化学家需要考虑反应的选择性、产物的纯度以及环保性等因素。
常用的染料合成方法包括偶氮化、重氮化、醚化和酯化等。
4. 染料的性质和应用染料具有丰富的颜色、良好的亲和性和稳定的耐洗性等优良性质。
染料广泛应用于纺织品、皮革、纸张、塑料、油漆和墨水等领域。
染料的性质包括温度、PH值、光照、洗涤等多种因素都会影响其在材料上的固着和稳定性。
5. 染料的环保和可持续发展随着环保意识的增强，染料化学领域也在不断地寻求更加环保和可持续的发展方式。
目前，染料的环保性主要包括降解性、可再生性和生物可降解性等方面。
化学家正在不断寻求新型绿色染料的合成方法，以及新型染料在纺织品的应用研究。
6. 染料的分析和检测染料的分析和检测是染料化学领域的重要内容。
分析染料需要使用化学分析方法、色谱法和光谱法等。
色谱法可以将染料分离，并对其结构和性质进行分析。
光谱法则可以通过吸收、发射、拉曼等光谱技术，快速准确地对染料进行鉴定和分析。
7. 染料的应用前景随着人们对生活品质的不断追求，染料的应用前景也在不断拓展。
未来，染料将在纺织品、食品、药品、化妆品等领域发挥更加广泛的作用。
第三章 染料的颜色和结构
吸光值
0.4 0.3 0.2 0.1 0 400
吸光值
450 500 550 600 650 700
0.4 0.3 0.2 0.1 0 400
波长,nm 白色物质吸光曲线
450 HN SO2NH2
500
550
600
650
COCH3
波长，nm 灰色染料吸光曲线
二、吸收定律
Lambert-Beer定律
在连续光谱中，某些光量子的能量被物质吸收后，就形 成该物质的吸收光谱。
一般认为，可见光的波长范围在380～780nm之间，如果 物质的激发能ΔE对应的吸收光的波长在与此相应的范围 内，就能表现出颜色。
在可见光波范围内的激化能最高相当于：
1.17 105 E 293 千焦耳/摩尔 400 1.17 105 E 154 千焦耳/摩尔 700
1 0.9
N N HO C C N C N CH3
OH N N
NHCOCH 3
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 400 500 波长，nm 红色物质在可见光区吸收曲线
0.7
吸光值
吸光值
NaO 3S
SO3Na
SO3H
600
700
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 400
N 0.1 N
0 400
N
500 550
N
700
NH2
HO3S
SO3H
波长,nm 棕色染料吸光曲线
波长,nm 黑色染料吸光曲线
0.7 0.6 0.5
0.7 0.6 0.5
COCH3 NH N O O Cr N N O SO2NH2 HN COCH3 700 N O 或 SO2NH2 O Cr/2 N N O -
《2013染料化学》习题
《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。
化学与染料探索染料的化学结构和应用场景
化学与染料探索染料的化学结构和应用场景染料是一种可以给物体着色的化合物，其在纺织、印刷、油漆、制造化妆品等领域中广泛应用。
染料的化学结构决定了其颜色和特性，而其应用场景则体现了其在不同领域中的功能和重要性。
本文将从化学结构和应用场景两个方面探索染料的特性和广泛应用。
一、染料的化学结构染料的化学结构多种多样，但大多属于有机化合物。
它们通常包含染料色团，也就是吸收特定波长的光使物体呈现颜色的部分。
染料色团可以是芳香族化合物、杂环化合物或共轭体系。
它们具有广泛的π-电子体系，能够吸收可见光，而不吸收其他波长的光线，从而呈现出特定的颜色。
染料的分子结构还包括不同的功能基团，这些基团与物体相互作用，使染料能够附着在物体表面并保持其颜色。
例如，极性染料通常含有与物质表面相互作用的极性基团，如羟基、酰基等。
而非极性染料则包含一些疏水基团，使其能够与非极性物质相互作用。
染料的化学结构决定了其颜色的种类和色谱特性。
通过合理设计和合成染料分子，可以实现对颜色的调控和改变。
这为染料的应用提供了更多的可能性。
二、染料的应用场景1. 纺织行业染料在纺织行业中扮演着重要角色。
通过选择具有不同化学结构的染料，可以实现对纺织品的不同颜色和效果的染色。
染料在这里发挥作用的机理主要是染料与纤维之间的物理吸附或化学反应。
这种染色方式既可以在纤维表面上染色，也可以在纤维内部进行染色。
2. 印刷行业染料在印刷行业中广泛应用于油墨和颜料的制备。
具有不同颜色和光谱特性的染料可用于印刷不同的图案和色彩效果。
染料进一步加工成颜料后，可以应用于丝网印刷、平版印刷和凹版印刷等不同的印刷工艺中。
3. 油漆和涂料工业染料在油漆和涂料工业中用于为涂层提供颜色。
通过在油漆中加入不同颜色的染料，可以实现对涂层的调色。
由于染料具有很高的溶解性和可稳定性，其可以均匀分散在油漆中，从而使涂料呈现出所需的颜色。
4. 化妆品行业化妆品中的染料在着色化妆品产品中起到重要作用。
染料参考资料化学 第03章 颜色结构
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。
§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）。
第3章染料的结构与颜色讲述
A：吸光度，透光度T=I0 /I；I0：入射光强度；I：透射光强度； c：溶液浓度；l：光程；ε：摩尔吸光度。
➢ε与有色物质的结构、光的λ有关。
2020年10月4日
第三章 染料的结构与颜色
2、吸收光谱 ➢以ε和可见光的波长λ作图，得到的光谱图，称为吸收光
谱。横坐标：λ(nm)；纵坐标：ε。
➢从ε-λ图中可以得到 ε 一定结构物质与吸 收光谱的关系。可 以代表某一化学物 质的结构特性。
2020年10月4日
第三章 染料的结构与颜色
发色团与助色团
HO
NaO3S
NN
O
O
酸性橙Ⅱ （C.I.酸性橙7，15510）
偶氮结构母体为发色体； -SO3Na、-OH为助色团。
还原深蓝BO （C.I.还原蓝20，59800）
只有发色体，不含助色团
2020年10月4日
第三章 染料的结构与颜色
➢ 发色团助色团理论缺点：
性吸收的结果。
2020年10月4日
第三章 染料的结构与颜色
3、补色 ➢两种不同颜色的光混合起来成为白光，这两种光的颜色
称为补色。 ➢一种色的补色可以是单色光，也可以是除去这个颜色光
后白光剩余的颜色。 ➢在颜色盘（环）上能很清楚地看到光谱色的补色就是它
的对角所表示的颜色。即物体的颜色实际上就是物体吸 收光的补色。
在380~780nm。 ➢人们感觉到的光的颜色是不同波长的可见光照射到人眼
中，刺激人的眼神经，而引起的一种生理现象。
➢红色光的波长最长：640~770nm；紫色光的波长最短： 400~440nm。
化学颜料和染料的结构和颜色关系
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。
结构化学-染料分子颜色与结构的研究
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。
chap3 有机染料的结构与颜色的
第三章 有机染料的结构与颜色的关系
3-1 光与色的基本概念 一、光和颜色
1. 光 （1）光——可见的电磁波 电磁波范围极广，可见光只是其中相对一部分380-780nm。 X射线 紫外线
10-9 兰色 10-7-10-5 青色 绿色
电磁波 γ 射 线
波长cm 紫外 10-11 紫色
可见光 红外线
日光
2. 色
（1）色——是光作用于人眼所引起的一种视觉反应。 （2）物质的颜色（彩色）——吸收光的补色
白光 反射（黄）
吸收（兰）
黄染料的吸收图 （黄、兰（互补色） ）
光线全部被吸收——黑——不透明 光线全部被反射——白色——不透明 光线全部被透过——无色——透明 光线各波段均匀地部分吸收——灰色 光线选择吸收——彩色
2 电子跃迁的基本类型 可能产生6种跃迁 σ π * ；σ σ *； π n σ* n π* 。 其中跃迁可能性较少。σ π
σ *；
*
π
π *； σ *。
；
π
3 各种电子跃迁类型的基本特点
跃迁类型 △E（kg/mol） λ max(nm) 跃迁强度 跃迁出现范围 属这类跃迁有 机分子 σ 800 150 小 远紫外 烷烃 σ
第三章 染料的颜色和结构讲解
λ max
416nm
(在CH2Cl2中)
(在CH2Cl2中)
在染料合成中有时采用所谓隔离基的方法把两个发色体系联接 在一起，互不干扰而成为一个染料分子，以得到绿色、棕色或
其它颜色。常用的隔离基有：
C N
N C
C N
O C NH
均三嗪基
酰胺基
间次苯基
分子的吸收各向异性和空间阻碍 分子对光的吸收是有方向性的。这可以米契勒(Michler)蓝 和孔雀绿的吸收情况为例加以说明。 孔雀绿的共轭体系有两个向不同方向展开的共轭轴。其中一
原子上的孤对电子的能级比较高，激化所需的能量虽
较小，在一定条件下会对可见光发生吸收，但吸收的 强度都很低，对染料的颜色作用不大，而对染料的光 化学作用却有很大的意义。
二、吸收强度和选津 在光谱学中，人们用跃迁矩来估算吸收强度。据
估算，许多具有共轭结构的有机化合物的电子跃迁，
吸收强的max可达105 数量级。人们把 max 很小的跃 迁称为“禁戒”的，而把max 大的跃迁称为“允许” 的。max 小于102的就算是“禁戒”的了。 要发生具有一定跃迁矩的所谓“允许”的跃迁， 要有一定的条件。这些条件称为选律；主要的如下所 述。
染料激化态和基态之间的能级间隔E必须与此相适
应。这个能级间隔的大小虽然包含着振动能量和转动
能量的变化，但主要是由价电子激化所需的能量决定
的。就有机化合物而言，对可见光吸收的能级间隔是 由它们分子中电子运动状态所决定的。 键电子所 处的能级比较低， 激化的能级间隔较大，所需能量 属于远紫外线的能量范围。>C＝O、－N＝N－等氧、氮
电子跃迁过程中，分子被激化成各种振动状态的机车
问题可以用法兰克－康登原理加以说明。
染料的颜色和结构课件共36页
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
36
染料分子结构式及其性质
染料分子结构式及其性质染料是指具有着色作用，并能与织物或其他材料结合的化合物。
染料分子的结构与其性质之间存在密切的关联。
本文将介绍染料分子的结构式以及其性质方面的内容。
染料分子的结构：染料分子通常是由两部分组成的，即色基和辅基。
色基是染料分子的着色中心，具有吸收光线的能力，从而产生颜色。
辅基则是与织物或其他材料结合的部分，通过辅基的分子结构来调节染料的相溶性、亲和性以及稳定性等性质。
1.色基的结构：色基通常是由一个或多个具有共轭结构的环状结构组成的。
这些环状结构中的π电子能够吸收可见光的电磁波，使染料分子显色。
常见的色基包括苯环、萘环、吡咯环等。
2.辅基的结构：辅基的结构可以通过引入不同的功能基团来调节染料的性质，例如增加染料的亲和力、溶解度以及稳定性等。
常见的辅基功能基团包括氨基、羟基、硫醇基、酮基等。
染料分子的性质：染料分子的性质涵盖了其在溶液中的色散性、亲和力、稳定性、光谱性质等多个方面。
1.色散性：色散性是指染料分子在溶液中的颜色的稳定性和分散性。
染料分子要能够在溶液中稳定地分散并发挥其特定的颜色，需要具备一定的溶解度，并且要在染液中形成一个均匀分散的颜色。
2.亲和力：染料分子的亲和力是指其与织物或其他材料结合的能力。
亲和力越高，染料与纤维的相互作用越强，染色效果越好。
3.稳定性：染料分子需要具备一定的稳定性，以便在染色过程中不发生分解或褪色等现象。
染料分子的稳定性与其化学结构、分子内键合的稳定性以及与外界环境的相互作用等因素密切相关。
4.光谱性质：染料分子对不同波长的光的吸收能力不同，从而呈现出不同的颜色。
染料的颜色可以通过其吸收或反射特定波长的光来解释。
通过紫外可见光谱等方法可以研究染料的吸收光谱。
总结：染料分子的结构与其性质之间存在着密切的关联。
色基决定了染料的着色能力，而辅基则通过引入功能基团来调节染料的亲和力、溶解度和稳定性等性质。
了解染料分子的结构式以及其性质有助于我们更好地理解染料的工作原理，并为染料的设计和开发提供科学依据。
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第三章 染料的颜色和结构
➢第一节 引 言 ➢第二节 吸收现象和吸收光谱曲线 ➢第三节 吸收光谱曲线的量子概念 ➢第四节 染料的颜色和结构的关系 ➢第五节 一内容 回主目录
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2020年7月30日星期四
T＝I/I0， lgT－1称为吸光度，以A代表 (也称光密度，以 D代表)
A＝lgI0/I. 浓度c以摩·升－1为单位，吸光度A和摩尔吸光 系数的关系为： A＝cl
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2020年7月30日星期四
三、吸收光谱曲线
从图中可以看出，在某一波段 内，有一个吸收带，它的最大吸收 波长称为该吸收带的最大吸收波长， 以max代表,相应的吸光度可计算出 摩尔吸光系数max。
E＝h 式中E为一个光子的能量，h为普朗克常数(6.6256x10－ 27尔格·秒，l卡＝4.184×107尔格)。
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2020年7月30日星期四
吸收波长为：
＝hc/E
由上可知，激化态和基态的能 级间隔越小，吸收光波的频率
越低，而吸收波长则与此成反 E
比。作为染料，它们的主要吸 收波长应在380－780nm波段 范围内。染料激化态和基态之 间的能级间隔E必须与此相 适应。
第一节 引 言
本章的任务在于说明：染料对光的吸收现象、吸收现象 的量子概念以及染料的颜色和结构的一般关系。这里所谓 染料的颜色一般是指染料的稀溶液吸收特性，也就是指染 料成分子分散状态时的吸收特性而言的。同一染料由于聚 集状态或晶体结构的不同，表现的颜色就会有差异。对于 这些现象只能在有关的地方顺便作简单的说明而不另作专 门讨论。
I＝I010－acl
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2020年7月30日星期四
透过光和入射光的光强之比I/I0称为透光度，常以T代 表。如厚度1以厘米为单位，浓度c以克·升－1为单位，a称 为吸光系数。浓度如以摩·升－1为单位，则a改写为，称为 摩尔吸光系数 (以前称为克分子消光系数)。它是溶质对某 一单色光吸收强度特性的衡量。
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2020年7月30日星期四
所谓的发色团，一般指的是那些能对波长为200～ 1000nm 的电磁波发生吸收的基团。实际上，染料要对 波长大致为380～780nm范围内的光波发生吸收才能具 有颜色。它们的分子结构里要有—个由若干共轭双键构 成的共轭系统。这些共轭系统往往还带有助色团，成为 一个发色体系。所谓助色团，指的是那些接在 共轭系 统上的－NH2、－NHR、－NR2、－OH、－OR等供电 子基团。
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2020年7月30日星期四
二、吸收强度和选津
在光谱学中，人们用跃迁矩来估算吸收强度。据估算， 许多具有共轭结构的有机化合物的电子跃迁，吸收强的 max可达105 数量级。人们把 max 很小的跃迁称为“禁戒” 的，而把max 大的跃迁称为“允许”的。max 小于102的 就算是“禁戒”的了。
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2020年7月30日星期四
二、吸收定律
染料的理想溶液对单色光(单色光是波长间隔很小的光， 严格地说是由单一波长的光波组成的光)的吸收强度和溶液 浓 度 、 液 层 厚 度 间 的 关 系 服 从 朗 伯 特 － 比 尔 (Lambert － Beer)定律。
常用的朗伯特-比尔定律方程式。
将波长为的单色光平行投射于浓度为c的稀溶液，温度 恒定，入射光强度为I0，散射忽略不计， 通过厚度为l的 液层后，由于吸收，光强减弱为I，它们之间的关系为：
吸收带的面积称为积分吸收强 度，它表示整个谱带的吸收强度。
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2020年7月30日星期四
在一个电子吸收光谱曲线图里可以有几个吸收带，它 们分别反映电子运动状态的不同变化。为了便于区别，人 们往往把波长最长的吸收带称为第一吸收带，以区别于波 长较短的其它吸收带。
吸收带的面积称为积分吸收强度，它表示整个谱带的吸 收强度。
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2020年7月30日星期四
第二节 吸收现象和吸收光谱曲线
一、颜色和吸收 染料的颜色是它们所吸收的光波颜色(光谱色)的补色， 是它们对光的吸收特性在人们视觉上产生的反映。染料分 子的颜色和结构的关系，实质上就是染料分子对光的吸收 特性和它们的结构之间的关系。
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E＝Ee＋Ev＋Er 在光的作用下，当光子的能量和分子的能级间隔一致时， 便可能发生吸收，分子的能级增高而成为所谓激化态。这
种增高能级的过程叫做激化。
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2020年7月30日星期四
染料激化态和基态之间的能级间隔E必须与此相适应。 这个能级间隔的大小虽然包含着振动能量和转动能量的变 化，但主要是由价电子激化所需的能量决定的。就有机化 合物而言，对可见光吸收的能级间隔是由它们分子中电 子运动状态所决定的。 键电子所处的能级比较低，激化 的能级间隔较大，所需能量属于远紫外线的能量范围。>C ＝O、－N＝N－等氧、氮原子上的孤对电子的能级比较高， 激化所需的能量虽较小，在一定条件下会对可见光发生吸 收，但吸收的强度都很低，对染料的颜色作用不大，而对 染料的光化学作用却有很大的意义。
v '= 2 v '= 1
v '= 0 E 1
v "= 2 v "= 1 v '= 0
E0
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2020年7月30日星期四
电子发生跃迁时，分子的电子能级发生变化，原子核的振 动状态和分子的转动状态也会随之而发生变动。所以，由 于电子跃迁而发生的分子能量变化E是由电子能量变化 Ee，振动能量变化E 和转动能量变化 Er所构成的，而 且也是量子化的。
积分吸收强度 d~＝
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2020年7月30日星期四
第三节 吸收光谱曲线的量子概念
一、吸收波长和能级 光是一种电磁波，具有波和微粒两象性质。它的波动频
率和光速c成正比，和波长成反比。 ＝c/
光又具有微粒性质。它的能量发射、传播和转移都不是 连续，而是量子化的，以能量微粒光子为最小单元的。光 子的能量和光的频率成正比。