第三章 染料的颜色和结构
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2、染料分子的哪些结构会影响染料的颜色？ 一、染料分子的共轭双键体系 二、染料分子上的供电子基和吸电子基 三、染料分子的吸收各向异性和空间阻碍
一、染料分子的共轭双键体系 在有机化合物分子中，共轭双键长度增加，染料 分子激发所需的活化能降低，最高吸收波长向长 波长方向移动，颜色加深。
① 增加稠合苯环，有利于深色、浓色效应。(why?)
700nm
400nm
605nm 红 红紫 紫 435nm
橙
蓝
5955n8m0nm 580nm
480nm
黄
蓝 绿-蓝
黄-绿 绿 -绿 490nm
560nm
500nm
4. 染料的色调、纯度和亮度与光的关系 ⑴ 染料颜色的深浅与染料最大吸收波长有关: ——染料最大吸收波长增大，色调就加深；反之染 料最大吸减短，色调就变浅。
①
NN
NH2
②
NN
NH2
③
NN
NH2
激发态的苯酚蓝在极性溶液中比较稳定：
(CH3)2N
N
O
又如：甲基橙在不同 pH值的颜色不同：
（甲基橙在pH小于3.1时显红色）
结论：染料分子的激发态比较稳定时，所需要的能 量较低，从而产生深色效应。
2、固体染料的颜色与染料的结晶形态晶体颗粒 的细度等因素有关。
想一想
思考题
比较下列各组染料颜色的深浅，并说明原因。
丁省
λmax (nm) 480
lgεmax
4.05
橙色
λmax (nm) 580
lgεmax
4.1
蓝色
② 染料上的芳环有些是由偶氮基连接，增加偶 氮基有利于增长共轭系统，有利于深色效应； 但偶氮基超过两个以后，深色效应降低。
二、染料分子上的供电子基和吸电子基 ① 在染料分子的共轭系统中引入取代基，取代基对 共轭系统中π-电子有所影响，影响染料的颜色。共 轭体系两端引入极性基团，有利于深色效应。
① 共轭双键增长有利于深色效应。
② 共轭体系两端引入极性基团，影响染料的颜 色，有利于深色效应。
③ 在染料分子的共轭系统中引入取代基之间能形成 氢键，有利于深色效应。
④ 染料分子对光的吸收是有方向性的，使染料显示 不同颜色。
§3.5 外界条件对吸收光谱的影响
1、 染料溶液的颜色与溶剂的性质、溶液的浓度 和温度有关； 例如：苯酚蓝溶液在不同溶剂中的颜色不同，在 极性溶液中有利于产生深色效应。（见p54表3-2）
普通发色体的颜色，一般并不很深，对各类纤维也不一定有亲和力， 但当另外引入一些基团时，会使整个分子的颜色加深、加浓，并且对纤维 有 亲 和 力 ， 维 特 把 这 些 基 团 称 为 助 色 团 。 主 要 的 助 色 团 有 ： —OH 、 — OR、—NHR、—NR2、—Cl、—Br等。
此外，像—SO3Na、—COONa等较特殊的助色团，它们对颜色无显 著的影响，但可使染料具有水溶性，并使染料在水溶液里带负电荷，从而 对某些纤维产生亲和力。
⑵ 染料颜色的纯度和染料吸收可见光的范围有关： ——染料对光的吸收接近于一种波长时，颜色纯度 较高。
⑶ 染料的亮度与染料未吸收而被反射出来的反射 光量有关 ： ———反射光越多，亮度越大。
§3.4 染料颜色与结构的关系
1、什么是深色效应？浓色效应？浅色效应？淡色效应？ ① 增加吸收波长的效应叫深色效应。 ② 增加吸收强度的效应叫浓色效应。 ③ 降低吸收波长的效应叫浅色效应。 ④ 降低吸收强度的效应叫淡色效应。
物体颜色
1. Illumination
4. "Color" 3. Observer
2. Sample
物体
反射 : 眼睛所看到的； 吸收 : 染料的作用； 透射率，不透明度，遮盖力：染料的效果。
用人眼比较颜色
可能做到的 看见的完全是我们的感觉 我们能分辨出数百万种颜色
必须条件 标准光源 标准观测几何
物质的颜色主要是物质中的电子在可见光作用下 发生π→π*(或伴随有n→π*)跃迁的结果，因此研究物 质的颜色和结构的关系可归结为研究共轭体系中π电子 的性质，即染料对可见光的吸收主要是由其分子中的π 电子运动状态所决定的。
§3.2 吸收现象与吸收光谱曲线
一、颜色与吸收 1、染料的颜色与哪些因素有关？
§3.1 引言
染料的发色理论
——主要的发色理论有：发色团与助色团学说和近 代发色理论。
1. 有关染料的颜色与染料分子结构的关系的研究 2. 有关染料的颜色与光吸收现象的研究
补充： 染料分子结构与颜色的关系
早在1834年，人们就从胡萝卜和植物叶上分别提取了胡萝卜素 和叶绿素，以后又进一步发现，这些物质的颜色与它们的分子结 构有关。而染料的分子结构与颜色的关系则是在1856年珀金发明 了第一个合成染料以后，才开始引起人们的注意，并对有机物呈 色的原因提出了各种理论。随着光谱科学的发展，人们不仅能测 出不同物质的吸收光谱图，而且还可通过吸收光谱来了解物质的 结构，由此确定：任何物质的颜色是由于其对可见光产生了选择 性吸收的结果，染料的颜色与结构的关系实质上就是染料分子对 光的选择吸收特性与结构之间的关系。
橙
蓝
5955n8m0nm 黄
480nm
蓝 绿-蓝
580nm 黄-绿 绿 -绿 490nm
560nm
500nm
4. 颜色的拼配 三原色： 红 黄 蓝 红 黄
二次色： 橙
绿紫 橙
三次色：
橙
黄灰 蓝灰 红灰
绿
紫
颜色拼配举例
700nm
400nm
605nm 红 红紫 紫 435nm
绿
黄色颜料（除黄色光线， 能微吸收绿色和橙色光， 强烈吸收其余光线）
在1868年格拉勃（Graebe）和李勃曼（Liebermamm）就提出 不饱和性是有机化合物发色的原因。至1876年，这种假设被德国 的维特（O.N.Witt）进一步确定，并认为有机物至少需有某些不 饱和基团存在时，才能显出颜色，他将这些基团称为发色团。
但并不是有发色团的有机物就一定会有颜色，这些发色团还必须连在 足够长的共轭体系上或者同时有多个发色团连在一起时，才能显出颜色。
① 发色团与助色团学说
什么是发色团？助色团？发色体？ 发色团：使染料表现颜色，含双键的原子基团 。
如：偶氮基 —N=N— ； 硝 基 —NO2 ； 羰 基 C O ； 乙烯基 —CH=CH—
助色团 ：使染料颜色加深，或增强染料对纤维的亲
和力，或增强染料的水溶性的基团。
如： 羟 基 —OH 深色作用；增强染料对纤维的亲和性; 氨 基 —NH2 深色作用；增强染料对纤维的亲和性; 磺酸基 —SO3H 增强染料的水溶性和对纤维的亲和性.
不足： 需要拼在一起才能比较 没有标准的记忆
二、吸收定律（自学） 三、吸收光谱曲线（自学）
§3.3 吸收光谱曲线的量子概念
一、颜色与吸收光谱
1、染料显示不同颜色原因是什么？ 染料分子都具有一定的内能，当它吸收光能时可以 从一个能级跳到另一个能级；吸收光的能量相当于 这两个能级之差，不同结构的化合物（染料）的能 级差（△E）不同，因此吸收和反射的光的波长不 同，这就是染料显示不同颜色的原因。
发色体：含有发色团的分子称为发色体。发色团被 引入的愈少，颜色愈浅；发色团被引入的愈多，颜 色愈深。
以下情况可使颜色加深： 1）增加侧链内的烯基数目； 2）增加羧基的数目，特别是增加彼此直接联结的羧基； 3）以萘环代替偶氮染料中的苯环； 4）把一定的取代基加入分子内。
② 近代发色理论
根据量子化学及休克尔(Huckel)分子轨道理论，有 机化合物呈现不同的颜色是由于该物质吸收不同波长的 电磁波而使其内部的电子发生跃迁所致。能够作为染料 的有机化合物，它的内部电子跃迁所需的激化能必须在 可见光(400nm~760nm)范围内。
2、光子的能量与波长的关系
光子能量（E）和频率ν的关系：E=h·ν= h·c/λ
3、染料吸收的能量与波长的关系式：
△ E= E 1- E 0=h·ν= h·c/λ
染料吸收的波长为：
λ
=
hc
∆E
染料吸收的波长为： λ = hc ∆E
结论： 染料分子
激发时所需要 的能量较低， 则吸收光波的 波长较长，产 生深色效应。
橙
蓝
5955n8m0nm 黄
480nm
蓝 绿-蓝
580nm
黄-绿 绿
-绿
490nm
560nm
500nm
蓝色颜料（除蓝色光线， 能微吸收绿色和紫色光，强烈吸收其余光）
注： 互补染料：在染料混合中，当两种染料混合时，
如果一种染料所反射的色光，全被另一种染料所吸 收，则该两种染料就称为互补色。
5. 人类视觉系统对色的反映
① 与染料分子本身结构有关； ② 染料的颜色也和照射在染料上的光线性质有关。
Sa样mp本le 11
Da日ylig光ht
oTillruu其 白snmogimns它 炽taeetni照 灯oonth明 或er 样Sa本mple 1
相sim似ila的r
S样am本ple 22
d不iffe同ren的t
同M色et异am谱eris现m象
S样am本ple 22
2、什么是光谱色？ 可见光各种不同波长的光线反映的颜色称为
光谱色。
电磁波光谱中可见光谱范围很少：
红
橙
黄绿
青蓝
紫
3、物质的颜色与光谱色的关系
① 什么是物体的颜色？(什么时候物体呈无色？白 色？黑色？灰色？黄色？) ② 什么是光的补色？
700nm
400nm
605nm 红 红紫 紫 435nm
注： 重氮组分 引入吸电 子基有利 于深色效wk.baidu.com应.
② 在染料分子的共轭系统中引入取代基之间能形成 氢键，有利于深色效应。
三、染料分子的吸收各向异性和空间阻碍
染料分子对光的吸收是有方向性的，使染料显示不 同颜色。例如：
λmax= 603 nm
λmax= 420 nm λmax= 623 nm
结论 染料的结构与颜色的关系:
由于染料分子结构的复杂性，以及分子内各基团间互影响的多样性， 所以染料结构与颜色的关系是一个十分复杂的问题。人们运用量子力学理 论，通过对价键性质、电子云形状和所处能级变化等方面的初步分析，通 过对不同结构染料吸收光谱的测定，摸索总结出一些规律，如：共轭双键 系统、取代基的影响、分子的离子化、共轭系统的“受阻”现象、分子的平 面结构、形成金属络合物的影响等。
第三章 染料的颜色和结构
§3.1 引言 §3.2 吸收现象与吸收光谱曲线 §3.3 吸收光谱曲线的量子概念 §3.4 染料颜色与结构的关系 §3.5 外界条件对吸收光谱的影响
本章教学要求
1.了解染料对光吸收现象的关系 2.了解光谱色的性质，吸收光谱曲线的量子 概念。 3.掌握染料分子结构与染料颜色之间的关系 （重点） 4.了解外界条件对吸收光谱的影响。
一、染料分子的共轭双键体系 在有机化合物分子中，共轭双键长度增加，染料 分子激发所需的活化能降低，最高吸收波长向长 波长方向移动，颜色加深。
① 增加稠合苯环，有利于深色、浓色效应。(why?)
700nm
400nm
605nm 红 红紫 紫 435nm
橙
蓝
5955n8m0nm 580nm
480nm
黄
蓝 绿-蓝
黄-绿 绿 -绿 490nm
560nm
500nm
4. 染料的色调、纯度和亮度与光的关系 ⑴ 染料颜色的深浅与染料最大吸收波长有关: ——染料最大吸收波长增大，色调就加深；反之染 料最大吸减短，色调就变浅。
①
NN
NH2
②
NN
NH2
③
NN
NH2
激发态的苯酚蓝在极性溶液中比较稳定：
(CH3)2N
N
O
又如：甲基橙在不同 pH值的颜色不同：
（甲基橙在pH小于3.1时显红色）
结论：染料分子的激发态比较稳定时，所需要的能 量较低，从而产生深色效应。
2、固体染料的颜色与染料的结晶形态晶体颗粒 的细度等因素有关。
想一想
思考题
比较下列各组染料颜色的深浅，并说明原因。
丁省
λmax (nm) 480
lgεmax
4.05
橙色
λmax (nm) 580
lgεmax
4.1
蓝色
② 染料上的芳环有些是由偶氮基连接，增加偶 氮基有利于增长共轭系统，有利于深色效应； 但偶氮基超过两个以后，深色效应降低。
二、染料分子上的供电子基和吸电子基 ① 在染料分子的共轭系统中引入取代基，取代基对 共轭系统中π-电子有所影响，影响染料的颜色。共 轭体系两端引入极性基团，有利于深色效应。
① 共轭双键增长有利于深色效应。
② 共轭体系两端引入极性基团，影响染料的颜 色，有利于深色效应。
③ 在染料分子的共轭系统中引入取代基之间能形成 氢键，有利于深色效应。
④ 染料分子对光的吸收是有方向性的，使染料显示 不同颜色。
§3.5 外界条件对吸收光谱的影响
1、 染料溶液的颜色与溶剂的性质、溶液的浓度 和温度有关； 例如：苯酚蓝溶液在不同溶剂中的颜色不同，在 极性溶液中有利于产生深色效应。（见p54表3-2）
普通发色体的颜色，一般并不很深，对各类纤维也不一定有亲和力， 但当另外引入一些基团时，会使整个分子的颜色加深、加浓，并且对纤维 有 亲 和 力 ， 维 特 把 这 些 基 团 称 为 助 色 团 。 主 要 的 助 色 团 有 ： —OH 、 — OR、—NHR、—NR2、—Cl、—Br等。
此外，像—SO3Na、—COONa等较特殊的助色团，它们对颜色无显 著的影响，但可使染料具有水溶性，并使染料在水溶液里带负电荷，从而 对某些纤维产生亲和力。
⑵ 染料颜色的纯度和染料吸收可见光的范围有关： ——染料对光的吸收接近于一种波长时，颜色纯度 较高。
⑶ 染料的亮度与染料未吸收而被反射出来的反射 光量有关 ： ———反射光越多，亮度越大。
§3.4 染料颜色与结构的关系
1、什么是深色效应？浓色效应？浅色效应？淡色效应？ ① 增加吸收波长的效应叫深色效应。 ② 增加吸收强度的效应叫浓色效应。 ③ 降低吸收波长的效应叫浅色效应。 ④ 降低吸收强度的效应叫淡色效应。
物体颜色
1. Illumination
4. "Color" 3. Observer
2. Sample
物体
反射 : 眼睛所看到的； 吸收 : 染料的作用； 透射率，不透明度，遮盖力：染料的效果。
用人眼比较颜色
可能做到的 看见的完全是我们的感觉 我们能分辨出数百万种颜色
必须条件 标准光源 标准观测几何
物质的颜色主要是物质中的电子在可见光作用下 发生π→π*(或伴随有n→π*)跃迁的结果，因此研究物 质的颜色和结构的关系可归结为研究共轭体系中π电子 的性质，即染料对可见光的吸收主要是由其分子中的π 电子运动状态所决定的。
§3.2 吸收现象与吸收光谱曲线
一、颜色与吸收 1、染料的颜色与哪些因素有关？
§3.1 引言
染料的发色理论
——主要的发色理论有：发色团与助色团学说和近 代发色理论。
1. 有关染料的颜色与染料分子结构的关系的研究 2. 有关染料的颜色与光吸收现象的研究
补充： 染料分子结构与颜色的关系
早在1834年，人们就从胡萝卜和植物叶上分别提取了胡萝卜素 和叶绿素，以后又进一步发现，这些物质的颜色与它们的分子结 构有关。而染料的分子结构与颜色的关系则是在1856年珀金发明 了第一个合成染料以后，才开始引起人们的注意，并对有机物呈 色的原因提出了各种理论。随着光谱科学的发展，人们不仅能测 出不同物质的吸收光谱图，而且还可通过吸收光谱来了解物质的 结构，由此确定：任何物质的颜色是由于其对可见光产生了选择 性吸收的结果，染料的颜色与结构的关系实质上就是染料分子对 光的选择吸收特性与结构之间的关系。
橙
蓝
5955n8m0nm 黄
480nm
蓝 绿-蓝
580nm 黄-绿 绿 -绿 490nm
560nm
500nm
4. 颜色的拼配 三原色： 红 黄 蓝 红 黄
二次色： 橙
绿紫 橙
三次色：
橙
黄灰 蓝灰 红灰
绿
紫
颜色拼配举例
700nm
400nm
605nm 红 红紫 紫 435nm
绿
黄色颜料（除黄色光线， 能微吸收绿色和橙色光， 强烈吸收其余光线）
在1868年格拉勃（Graebe）和李勃曼（Liebermamm）就提出 不饱和性是有机化合物发色的原因。至1876年，这种假设被德国 的维特（O.N.Witt）进一步确定，并认为有机物至少需有某些不 饱和基团存在时，才能显出颜色，他将这些基团称为发色团。
但并不是有发色团的有机物就一定会有颜色，这些发色团还必须连在 足够长的共轭体系上或者同时有多个发色团连在一起时，才能显出颜色。
① 发色团与助色团学说
什么是发色团？助色团？发色体？ 发色团：使染料表现颜色，含双键的原子基团 。
如：偶氮基 —N=N— ； 硝 基 —NO2 ； 羰 基 C O ； 乙烯基 —CH=CH—
助色团 ：使染料颜色加深，或增强染料对纤维的亲
和力，或增强染料的水溶性的基团。
如： 羟 基 —OH 深色作用；增强染料对纤维的亲和性; 氨 基 —NH2 深色作用；增强染料对纤维的亲和性; 磺酸基 —SO3H 增强染料的水溶性和对纤维的亲和性.
不足： 需要拼在一起才能比较 没有标准的记忆
二、吸收定律（自学） 三、吸收光谱曲线（自学）
§3.3 吸收光谱曲线的量子概念
一、颜色与吸收光谱
1、染料显示不同颜色原因是什么？ 染料分子都具有一定的内能，当它吸收光能时可以 从一个能级跳到另一个能级；吸收光的能量相当于 这两个能级之差，不同结构的化合物（染料）的能 级差（△E）不同，因此吸收和反射的光的波长不 同，这就是染料显示不同颜色的原因。
发色体：含有发色团的分子称为发色体。发色团被 引入的愈少，颜色愈浅；发色团被引入的愈多，颜 色愈深。
以下情况可使颜色加深： 1）增加侧链内的烯基数目； 2）增加羧基的数目，特别是增加彼此直接联结的羧基； 3）以萘环代替偶氮染料中的苯环； 4）把一定的取代基加入分子内。
② 近代发色理论
根据量子化学及休克尔(Huckel)分子轨道理论，有 机化合物呈现不同的颜色是由于该物质吸收不同波长的 电磁波而使其内部的电子发生跃迁所致。能够作为染料 的有机化合物，它的内部电子跃迁所需的激化能必须在 可见光(400nm~760nm)范围内。
2、光子的能量与波长的关系
光子能量（E）和频率ν的关系：E=h·ν= h·c/λ
3、染料吸收的能量与波长的关系式：
△ E= E 1- E 0=h·ν= h·c/λ
染料吸收的波长为：
λ
=
hc
∆E
染料吸收的波长为： λ = hc ∆E
结论： 染料分子
激发时所需要 的能量较低， 则吸收光波的 波长较长，产 生深色效应。
橙
蓝
5955n8m0nm 黄
480nm
蓝 绿-蓝
580nm
黄-绿 绿
-绿
490nm
560nm
500nm
蓝色颜料（除蓝色光线， 能微吸收绿色和紫色光，强烈吸收其余光）
注： 互补染料：在染料混合中，当两种染料混合时，
如果一种染料所反射的色光，全被另一种染料所吸 收，则该两种染料就称为互补色。
5. 人类视觉系统对色的反映
① 与染料分子本身结构有关； ② 染料的颜色也和照射在染料上的光线性质有关。
Sa样mp本le 11
Da日ylig光ht
oTillruu其 白snmogimns它 炽taeetni照 灯oonth明 或er 样Sa本mple 1
相sim似ila的r
S样am本ple 22
d不iffe同ren的t
同M色et异am谱eris现m象
S样am本ple 22
2、什么是光谱色？ 可见光各种不同波长的光线反映的颜色称为
光谱色。
电磁波光谱中可见光谱范围很少：
红
橙
黄绿
青蓝
紫
3、物质的颜色与光谱色的关系
① 什么是物体的颜色？(什么时候物体呈无色？白 色？黑色？灰色？黄色？) ② 什么是光的补色？
700nm
400nm
605nm 红 红紫 紫 435nm
注： 重氮组分 引入吸电 子基有利 于深色效wk.baidu.com应.
② 在染料分子的共轭系统中引入取代基之间能形成 氢键，有利于深色效应。
三、染料分子的吸收各向异性和空间阻碍
染料分子对光的吸收是有方向性的，使染料显示不 同颜色。例如：
λmax= 603 nm
λmax= 420 nm λmax= 623 nm
结论 染料的结构与颜色的关系:
由于染料分子结构的复杂性，以及分子内各基团间互影响的多样性， 所以染料结构与颜色的关系是一个十分复杂的问题。人们运用量子力学理 论，通过对价键性质、电子云形状和所处能级变化等方面的初步分析，通 过对不同结构染料吸收光谱的测定，摸索总结出一些规律，如：共轭双键 系统、取代基的影响、分子的离子化、共轭系统的“受阻”现象、分子的平 面结构、形成金属络合物的影响等。
第三章 染料的颜色和结构
§3.1 引言 §3.2 吸收现象与吸收光谱曲线 §3.3 吸收光谱曲线的量子概念 §3.4 染料颜色与结构的关系 §3.5 外界条件对吸收光谱的影响
本章教学要求
1.了解染料对光吸收现象的关系 2.了解光谱色的性质，吸收光谱曲线的量子 概念。 3.掌握染料分子结构与染料颜色之间的关系 （重点） 4.了解外界条件对吸收光谱的影响。