第五章 功能性染料

O H N C H
h v 1 h v 2
O N C H
O
O
hv1
COOH
hv2
HO
O
OH
HO
O
OH
--
（4）由开环-闭环反应引起变色的光致变色色素
俘精酸酐类
Me O
R
O
X
Me
Me
O
Me
Me O
hv1 R
O Me
hv2
X Me
Me
O
（5）由加氧-脱氧反应引起变色的光致变色色素
芳香稠环化合物类
Me O
称．其分子通式可表示为：
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几种光致变色材料
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几种光致变色材料
二、吲哚啉苯并螺噻喃
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螺噻喃 螺吡喃 螺噁嗪
几种光致变色材料
三、偶氮化台物
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5.2 热致变色色素
热致变色现象是指某些物质在受热或受冷时所发生的色 变。具有热致变色特性的物质成为热致变色材料。 热致变色材料的应用主要有：
示温材料、丝网印刷和凹版印刷用油墨（如各种薄 膜、标签、包装物、日用品、玩具等需要随温度变色 制品的印刷）
第五章 功能性染料
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功能性染料的分类和用途
色素分类
光致变色色素 热致变色色素 电致变色色素 光盘用色素
功能特性
应用实例
光照发生颜色变化 玩具、服装、变色纤维
受热或受冷而发生 热敏纸（传真纸、心电图
颜色的变化
纸等）、示温材料
电场下变色
广告版、液晶
吸收激光发热分解
CD-R和DVD-R光盘
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功能性染料的分类和用途
色，其变色主要是由电子跃迁引起的。 如(CH3)2CHNH3CuCl3受热后配位数由5变为6，引起
构型由平面锥型变为双锥型。
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5.2 热致变色色素
液晶类可逆热致变色材料及其变色机理
液晶是介于固态与各向同性液态之间的中间态物相，即为 三维有序的空间结构和各向同性的均质熔融物质。热致液晶 是指由温度变化所引起的，并且只能在一定温度范围内存在 的晶态物质。
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5.2 热致变色色素
无机热致变色材料的变色机理主要有： 1、晶型转变：
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5.2 热致变色色素
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5.2 热致变色色素
2、热分解分子结构改变机理 含有内结晶水的Cu、Co、Ni等的无机盐类可逆热致
变色材料的变色主要是由物质分子结构改变引起的，即 物质被加热到一定温度时失去结晶水而引起颜色变化， 当冷却时其重新吸收环境中的水汽，逐渐恢复到原来的 颜色。
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5.2 热致变色色素
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5.2 热致变色色素
发色剂 目前研究和开发的发色剂种类比较多，根据有机化合物的
命名可将其分为：三芳甲烷类、荧烷类、吲哚啉苯酞类、吩 噻嗪类、螺吡喃类、席夫碱类、螺环类、双蒽酮类等，而现 阶段对三芳甲烷类和荧烷类发色剂的研究和开发最多。
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5.2.2 有机热致变色材料
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5.2 热致变色色素
有机类可逆热致变色材料及其变色机理
有机类可逆热致变色材料主要由电子给予体(发色剂)，电 子接受体（显色剂）、溶剂三部分组成，其中决定颜色的是 电子给予体，决定显色深浅的是电子接受体，溶剂则决定变 色温度。 变色机理：
通常情况下电子给予体和电子接受体的氧化还原电位接近， 当温度变化时，二者氧化还原电位相对变化程度不同，使氧 化还原反应的方向随着温度的改变而改变，通过电子的转移 而吸收或辐射一定波长的光，表观上便有了颜色的变化。
液晶类可逆热致变色材料具有层状结构，分子长轴在层内 相互平行，但邻近分子层之间分子轴方向有偏移，因而形成 螺旋结构，其周期性的层间距称为螺距，温度变化会使螺距 发生变化，而不同的螺距会反射不同波长的光，从而显示出 颜色变化。大多数胆甾液晶的螺距对温度都有很强的依赖性， 只要温度稍微变化，选择散射光波长就会有很大变化。
氮丙啶类 噁嗪类
R
R
N
hv1
N+
ห้องสมุดไป่ตู้
-
R N
R1
O
R2
CH3 N
CH3
hv1 hv2
R N
R1
O
R2
CH3 N
CH3
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（2）由顺-反结构变化引起的光致变色色素
硫靛类
O S
S O
h v 1 h v 2
S
S
OO
偶氮类
N N
--
hv 1 hv2
NN
（3）由分子内质子转移产生颜色变化的光致变色色素
西夫碱类 呫吨酮类
A λ1 B
λ2，△
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光致变色材料的应用
➢光致变色色素加入透明树脂中，制成变色材料， 可以用于太阳眼镜片、服装、玩具等 ➢用光致变色色素制成防伪油墨 ➢光信息存储（可擦式光盘、CD-E） ➢分子开关，应用于光电技术和光控装置中
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5.1 光致变色色素
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5.1.1 光致变色色素的分类
（1）由共轭链变化导致的光致变色色素
这类可逆热致变色材料受热后变色快，但颜色复原需 要较长的时间和较高的相对湿度，受环境影响较大。
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5.2 热致变色色素
3、分子间化学反应机理 该机理亦可称之为“电子得失机理”，即发生分子间
的化学反应，电子在不同的组分中转移引起氧化还原型 的变化，从而导致颜色的改变。
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5.2 热致变色色素
4、配位几何构型变化机理 大多数金属配位化合物的变色机理是配位几何构型变
螺吡喃类 螺噁嗪类
R 2
X
N
NO R 1 R
hv1 hv2
R 2
H
X
NO
R 1
R
hv1
N O 2
hv2
X
N
N +
R 2 -O
R
R 1
H X
N O 2
N + R 1
R 2 -O
R
联吡啶类
R 3
N
R 4
--
N
R 1 R 2
hv1
-
R 3
+
N
R 4
R 1 + N
R 2
（1）由共轭链变化导致的光致变色色素
三芳甲烷类热致变色色素
(H3C)3N
N(CH3)3
C O CO
N(CH) 33
无色
+ H+ - H+
(H3C)3N
N(CH3)3
CH
COOH
N(CH) 33
Me O
X
X
415nm 313nm
O2
Me
O O
O
Me O
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（6）由光氧化-还原反应引起变色的光致变色色素
三芳二吡嗪类
O
N
N
N
N
O
h v / H + O 2
（7）由均裂反应引起变色的光致变色色素
O H
H N
+
N
H
O H
H
N
+
N H
四氯萘酮类
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几种光致变色材料
一、俘精酸酐 俘精酸酐是芳取代的二亚甲基丁二酸酐化合物的统
色素分类
生物医用色素
太阳能存储用色素 化学发光色素
功能特性
应用实例
与生物体内的金属例 子结合后荧光性能发 生改变，光照产生单
线态氧
将光能转化为化学能
疾病监测、DNA测序、 荧光探针、光动力治疗
玩具、服装、变色纤维
氧化反应发光
化学光棒
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5.1 光致变色色素
光致变色现象指的是物质（有机分子或无极分子）受到 光照射后，其最大吸收波长（或反射光的波长）发生变化 的现象。具有这种性质的物质称为光致变色材料或光致变 色色素。