染料化学习题答案

染料化学习题答案第一章染料概述一．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。

二．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。

第二章中料及其合成途径二．合成染料中料中常用的重要的亲电取代反应有磺化、硝化、卤化，烷化，芳化。

1)磺化反应的作用即是在有机化合物分子中引入磺酸基。

磺化目的：1．通过引入磺酸基赋予染料水溶性。

2．染料分子中的磺酸基能和蛋白质纤维上的－NH3+生成盐键结合而赋予染料对纤维的亲和力。

3．通过亲核置换，将引入的磺酸基置换成其他基团，如－OH、－NH2、－Cl、－NO2、－CN 等，从而制备酚、胺、腈、卤代物、硝基化合物等一系列中间体。

在染料中间体合成中主要是－SO3Na经碱熔成－ONa的反应。

2）硝化反应的作用即是在有机化合物分子中引入硝基。

硝化目的：1．作为制取氨基化合物的一条重要途径。

NH2NO2[H]HNO2Zn NH NH NH2NH22．硝基是一个重要的发色团，利用它的极性，加深染料颜色。

3．利用硝基的吸电子性，使芳环的其他取代基活化，易于发生亲核置换反应。

3）卤化反应的作用即在有机化合物分子中引入了卤素卤化目的：1．可改善染色性能，提高染料的染色牢度。

如四溴靛蓝的牢度比靛蓝好，颜色更加鲜艳，牢度好。

2．通过卤基（主要是－Cl 、－Br ）水解、醇解和氨化引入其他基团，主要是－OH 、－OR 和－NH 23．通过卤基，进行成环缩合反应，进一步合成染料 4）烷化的作用即在有机化合物分子中引入了烷基或芳基。

烷基化目的：1．在染料分子中引入烷基和芳基后，可改善染料的各项坚牢度和溶解性能； 2．在芳胺的氨基和酚羟基上引入烷基和芳基可改变染料的颜色和色光； 3．可克服某些含氨基、酚羟基染料遇酸、碱变色的缺点。

三．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 四．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α位上的反应速率比β位高，主要产物为α取代物。

随着温度的提高（165℃）和时间的推移，α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 2OAr-OHNO2ClNO 2ONa22（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 3H SO 3HNH 2H 2 /Pt 或 Fe ＋HCl。

（2）氨解反应如OHNH23五．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 3NH 3Cat OOSO 3HOO ClOO NH 2OO NH 2第三章 重氮化偶合反应一．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：NaNO 2+HCl →HNO 2+NaCl HNO 2 + H +→ H 2NO 2+H 2NO 2+ + Cl -→ H 2O + NOCl H 2NO 2+ +NO 2- → N 2O 3+H 2O,其中亚硝酸阳离子,亚硝酰氯,亚硝酸酐都是亚硝化试剂.色基的重氮化反应是以亚硝化试剂作为进攻试剂的亲电反应,色基在盐酸的作用下生成色基的盐酸盐而溶于水,由于色基的盐酸盐的氨基氮上带正电荷,具有强的亲电能力的亚硝化试剂不能进攻,所以只有解析出游离胺才能使重氮化反应正常进行.重氮化反应如下:Ar-NH 2 N-亚硝化Ar －NH 2－NO－H （ArNH －NO ）（ArN ＝NOH ）Ar －N ＝＋H＋－H 2O 迅速在稀酸（[H]<0.5M ）条件下，重氮化反应的各种反应历程，按现有的研究结果，可归纳如下式，式中X 代表Cl 或Br 。

HNO 22O ＋NH 2－NO－H ＋（ArNH －NO ）ArN ＝NOH ）Ar －N ＝N （＋H ＋2迅速Ar －N ＝N ）二.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+Ar-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。

从反应机理看，芳胺的碱性越强，越有利于N-亚硝化反应（亲电反应），从而提高重氮化反应速率。

重氮化由易到难顺序是,2>1>3.1,2的碱性较强,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）。

3的碱性较弱，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生成黄色的重氮胺基化合物沉淀。

偶合介质的pH 值对偶合反应速率的影响偶合介质的pH 值对偶合反应速率和偶合位置有很大的影响。

偶合反应动力学研究表明，酚和芳胺类偶合组分的偶合反应速率与介质pH 值之间的关系:对酚类偶合组分，随着介质pH 值增加，Ar －OHAr －O ＋ H有利于生成偶合组分的活泼形式酚负氧离子，偶合速率迅速增大，pH 增加至9左右时，偶合速率达到最大值。

当pH 值大于10后，继续增加pH 值，重氮盐会转变成无偶合能力的反式重氮酸钠盐ArN ＝NO Na。

由此，降低了偶合反应速率。

因此，重氮盐与酚类的偶合反应通常在弱碱性介质中（pH ＝9－10）进行。

芳胺在强酸性介质中，氨基变成NH 3正离子，降低了芳环上的电子云密度而不利于重氮盐的进攻。

NH3Ar －NH 2 ＋ HAr －＋随着介质pH 值的升高，增加了游离胺浓度，偶合速率增大。

当pH ＝5左右时，介质中已有足够的游离胺浓度与重氮盐进行偶合。

这时偶合速率和pH 值关系不大，出现一平坦区域。

待pH=9以上，偶合速率降低。

原因是因为活泼的重氮盐转变为不活泼的反式重氮酸盐的缘故。

所以芳胺的偶合在弱酸性介质（pH 值＝4－7）中进行。

三. 1.重氮化反应由快到慢顺序依次是凡拉明蓝B>红B 色基>大红色基G, 凡拉明蓝B 色基进行重氮化时,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）.红B 色基,大红色基G 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生成黄色的重氮胺基化合物沉淀。

第四章 染料的颜色和结构三．分子吸收光能是量子化的。

分子里的电子有一定的运动状态，原子核之间有一定的相对振动状态，整个分子则有一定的转动状态。

这些运动状态各有其报应的能量，即电子能量、振动能量和转动能量。

它们的变化也都是量子化的，是阶梯式而不是连续的。

这种能量的高低叫做能级。

能级之间的间隔就是它们之间的能量差。

运动状态发生变化时，能级也随之而发生变化。

这种运动状态的变化叫做跃迁。

电子运动状态的变化叫做电子跃迁，在一般条件下，分子总处于最低电子能级状态，称为电子基态，简称基态。

在光的作用下，当光子的能量和染料分子的能级间隔一致时，便可能发生吸收，即所谓的选择性吸收。

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。

这个能级间隔的大小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π电子运动状态所决定的。

四．影响染料颜色的因素主要有以下几个：（1）共轭双键系统（2）供电子基和吸电子基（3）分子的吸收各向异性和空间阻碍1．N N NH2＞N N NH2＞N N NH2，共轭系统越长则其深色效应越显著。

2．OONHCONHCO＞OONHCH3NHCH2CH2OH＞OONH22＞OHO，供吸电子的协同效应越强，深色效应越显著，分子的共面性越好，深色效应越显著。

3．分子的吸收各向异性所致染料颜色深浅不同。

4．引入取代基氨基造成了空间阻碍导致染料颜色的深浅不同。

第五章直接染料一．直接染料可分为：直接染料可分为直接染料、直接耐晒染料、直接铜盐染料和直接重氮染料。

直接染料主要包括：联苯胺偶氮染料，二苯乙烯型染料直接耐晒染料包括：二芳基脲偶氮染料，三聚氰胺偶氮染料，二噁嗪染料，酞菁系直接染料。

直接重氮染料包括：在偶氮基对位上具有氨基的染料，在染料分子末端具有间二氨基苯或间氨基萘酚结构的染料二．直接染料之所以具有直接性是因为：直接染料的分子是直线型的大分子，且分子的共面性较好，而纤维素分子也是线性大分子。