精细化学品化学-染料与颜料[业界优制]
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第四章 染料与颜料
带你进入色彩斑斓的世界~
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1
物质的颜色
人眼能感觉到的光称为可见光，其波长范围400~760nm。 当一束白光照射到某物体时，若光全部透过，则是无色 的；若光全部被反射，则是白色的；若光全部被吸收， 则是黑色的。当物体吸收某一波段的光时，则反射的是 其余各波段的光，则物体呈现的是反射光的颜色。
2. 取代基的影响：共轭系统中引入－NH2、－NR2、－ OH、－OR等给电子基团时，其孤对电子与共轭系统的 π电子形成p-π共轭 ，降低了分子激发能，选择吸收移 向长波；引入吸电子基团如－NO2、－CO－ 、－CN等 与共轭体系形成π-π共轭 ，选择吸收移向长波。
NN 黄色
NH2 O2N
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NN 红色
染料主要以有机分子为主，无机物染料 K[Fe(II)(CN)6Fe(III)] 普鲁士蓝
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3
4.1 染料与颜料的概念
·无机颜料通常耐光、耐热、耐溶剂、耐化 学腐蚀和耐升华等方面的性能优良，主要品 种有钛白、铁红、铬黄、群青、炭黑、硫酸 钡等。
·有机颜料的耐光、耐热、耐溶剂性虽比不 上无机颜料，但它具有着色力强、色谱丰富、 色彩鲜艳、耐酸碱性好、密度小等优点，尤 其是现代高级颜料品种各项性能上大大提高， 应用范围日益扩大。
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10
4.2.1 偶氮类染料
• 偶氮染料(azo dyes)是纺织业中应用最广泛 的一类合成染料，也用于油漆、塑料、橡 胶等的着色。在特殊条件下，分解产生20 多种致癌芳香胺。
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11
4.2.1 偶氮染料的合成—重氮化反应
ArNH2 + NaNO2 + 2HX
• 重氮盐的反应 • 1. 与芳香族化合物耦合
NH2
7
4.1 染料与颜料的概念
染料的分子结构与颜色的关系
3. 分子的平面结构的影响：组成分子共轭双键体系的 原子在同一平面，电子离域程度增加，受原子核束缚 减弱，选择吸收移向长波，使颜色加深。
O NH
O NH 绿色
CH3
CH3
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H3C O NH
H3C H3C O NH 蓝色 H3C
CH3
CH3
Cr1/3 OO
OH
Fe1/3 OO
OH
Al1/3 OO
OH
O 棕色
O
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紫色
O
9
红色
4.2 染料的分类
染料的分类－按结构分类
（1）偶氮染料
（2）蒽醌染料 （3）硝基和亚硝基染料 （4）靛族染料 （5）硫化染料 （6）芳甲烷染料 （7）菁 (jing)系染料（次甲基染料） （8）酞菁染料 （9）杂环染料 （10）其它染料：二苯乙烯染料等
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4.3 酸性染料
4.3.1 强酸性染料 4.3.2 弱酸性染料 1）偶氮型
合成：氨基磺酸钠重氮化，再与羟基磺酸钠偶合。
对十二烷基苯胺重氮化，H-酸乙酰化，最后偶合。
OH NN
SO3Na
C12H25
Βιβλιοθήκη Baidu
OH NHCOCH3 NN
SO3Na 酸性红 B（C.I. 14720）
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NaO3S
SO3Na
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4
4.1 染料与颜料的概念
颜料是不溶于水和一般有机溶剂的有色物质，它与被着 色物质没有亲和力，只有通过胶粘剂或成膜物质，使其 附着在物体表面或混在物体内部，使物体着色。 主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料的着色。
Fe2O3 红色颜料 TiO2 最白的颜料 SnS2 金色颜料
染料和颜料的显色原理是什么？
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5
4.1 染料与颜料的概念 染料的分子结构与颜色的关系
1. 共轭双键长度的影响：共轭双键的数目越多， π→π*跃迁所需的能量越低，选择吸收光的波长移向 长波。
O2N
NN 黄色
COONa OH O2N
NN
NH2 OH NN
NaO3S
蓝色
SO3Na
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6
4.1 染料与颜料的概念
染料的分子结构与颜色的关系
ArN2X + 2H2O + NaX
慢
快
Ar N N +
O
Ar N N
H
O
Ar N N
-H
O
慢
快
Ar N N +
NH2
Ar N N
H
NH2
Ar N N
-H
NH2
• 2. 重氮基团的离去
• 3. 与羟基、卤素的取代反应
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12
4.2 染料的分类
染料分类－按应用分类
（1）酸性染料 （2）中性染料 （3）阳离子染料 （4）活性染料 （5）直接染料 （6）还原染料 （7）分散染料 （8）硫化染料 （9）冰染染料
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13
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14
4.3 酸性染料
常用的染料中间体：
1.J-酸：2-氨基-5-羟基-7-萘磺酸
2.γ-酸：1-羟基-7-氨基-3-萘磺酸
γ-酸
3.H-酸：1-氨基-8-萘酚-3,6-二磺酸
4. 2,3-酸：2-羟基-3-萘磺酸
5.T-酸：1-萘胺-3,6,8-三磺酸
6.猩红酸：
HO3S
NHCONH
SO3H
OH
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OH
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4.3 酸性染料
酸性染料：是一类在酸性染浴中进行染色的 染料。其结构特点是至少含有一个以上的 水溶性基团，通常是磺酸基或羟基，其化 学结构以偶氮型和蒽醌型染料占大多数。
主要应用：羊毛、蚕丝、皮革、纸张的染色。
结合力：酸性染料分子与羊毛中的氨基以离 子键、范德华力结合。
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4.3.3 酸性媒介染料与金属络合染料 1）酸性媒介染料：酸性染料染色后用金属媒染剂 （如铬或铜盐）处理，在纤维上生成络合物。
8
4.1 染料与颜料的概念
染料的分子结构与颜色的关系
4. 形成金属络合物：金属离子与染料分子络合时，金属 离子一方面以共价键与染料分子结合，又与具有未共用 电子对的原子形成配位键从而影响共轭体系电子云的分 布，使染料分子π电子离域增强，选择吸收移向长波。
同一染料与不同金属离子的络合物具有不同的颜色。
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2
4.1 染料与颜料的概念
能以分子状态或分散状态使纤维或其它物质获得鲜 明和牢固色泽的有色物质称为染料。
染料是可溶于水或有机溶剂的化合物。主要应用于各种纤维 的染色和印花。如棉、麻、毛、丝、毛皮和皮革以及合成纤 维如涤纶、尼纶、腈纶、维纶、等。此外，也广泛应用于塑 料、橡胶制品、油墨印刷、纸张、食品、医药等方面。品种 达9000种。
弱酸性桃红 BS（C.I. 18073）
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4.3 酸性染料
2）蒽醌型 合成：二羟基蒽醌磺化、硝化、中和、硫化钠还原。
NH2 O OH SO3Na
NaO3S OH O NH2
酸性蓝 R
O NH2
NH2 O
SO3Na NaO3S
O HN
CH3 C CH3
弱酸蓝 GL
NH O
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4.3 酸性染料
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物质的颜色
人眼能感觉到的光称为可见光，其波长范围400~760nm。 当一束白光照射到某物体时，若光全部透过，则是无色 的；若光全部被反射，则是白色的；若光全部被吸收， 则是黑色的。当物体吸收某一波段的光时，则反射的是 其余各波段的光，则物体呈现的是反射光的颜色。
2. 取代基的影响：共轭系统中引入－NH2、－NR2、－ OH、－OR等给电子基团时，其孤对电子与共轭系统的 π电子形成p-π共轭 ，降低了分子激发能，选择吸收移 向长波；引入吸电子基团如－NO2、－CO－ 、－CN等 与共轭体系形成π-π共轭 ，选择吸收移向长波。
NN 黄色
NH2 O2N
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染料主要以有机分子为主，无机物染料 K[Fe(II)(CN)6Fe(III)] 普鲁士蓝
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4.1 染料与颜料的概念
·无机颜料通常耐光、耐热、耐溶剂、耐化 学腐蚀和耐升华等方面的性能优良，主要品 种有钛白、铁红、铬黄、群青、炭黑、硫酸 钡等。
·有机颜料的耐光、耐热、耐溶剂性虽比不 上无机颜料，但它具有着色力强、色谱丰富、 色彩鲜艳、耐酸碱性好、密度小等优点，尤 其是现代高级颜料品种各项性能上大大提高， 应用范围日益扩大。
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4.2.1 偶氮类染料
• 偶氮染料(azo dyes)是纺织业中应用最广泛 的一类合成染料，也用于油漆、塑料、橡 胶等的着色。在特殊条件下，分解产生20 多种致癌芳香胺。
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4.2.1 偶氮染料的合成—重氮化反应
ArNH2 + NaNO2 + 2HX
• 重氮盐的反应 • 1. 与芳香族化合物耦合
NH2
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4.1 染料与颜料的概念
染料的分子结构与颜色的关系
3. 分子的平面结构的影响：组成分子共轭双键体系的 原子在同一平面，电子离域程度增加，受原子核束缚 减弱，选择吸收移向长波，使颜色加深。
O NH
O NH 绿色
CH3
CH3
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H3C O NH
H3C H3C O NH 蓝色 H3C
CH3
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Cr1/3 OO
OH
Fe1/3 OO
OH
Al1/3 OO
OH
O 棕色
O
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紫色
O
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4.2 染料的分类
染料的分类－按结构分类
（1）偶氮染料
（2）蒽醌染料 （3）硝基和亚硝基染料 （4）靛族染料 （5）硫化染料 （6）芳甲烷染料 （7）菁 (jing)系染料（次甲基染料） （8）酞菁染料 （9）杂环染料 （10）其它染料：二苯乙烯染料等
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4.3 酸性染料
4.3.1 强酸性染料 4.3.2 弱酸性染料 1）偶氮型
合成：氨基磺酸钠重氮化，再与羟基磺酸钠偶合。
对十二烷基苯胺重氮化，H-酸乙酰化，最后偶合。
OH NN
SO3Na
C12H25
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SO3Na 酸性红 B（C.I. 14720）
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NaO3S
SO3Na
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颜料是不溶于水和一般有机溶剂的有色物质，它与被着 色物质没有亲和力，只有通过胶粘剂或成膜物质，使其 附着在物体表面或混在物体内部，使物体着色。 主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料的着色。
Fe2O3 红色颜料 TiO2 最白的颜料 SnS2 金色颜料
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4.1 染料与颜料的概念 染料的分子结构与颜色的关系
1. 共轭双键长度的影响：共轭双键的数目越多， π→π*跃迁所需的能量越低，选择吸收光的波长移向 长波。
O2N
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NH2 OH NN
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染料的分子结构与颜色的关系
ArN2X + 2H2O + NaX
慢
快
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O
Ar N N
H
O
Ar N N
-H
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慢
快
Ar N N +
NH2
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• 3. 与羟基、卤素的取代反应
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4.2 染料的分类
染料分类－按应用分类
（1）酸性染料 （2）中性染料 （3）阳离子染料 （4）活性染料 （5）直接染料 （6）还原染料 （7）分散染料 （8）硫化染料 （9）冰染染料
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4.3 酸性染料
常用的染料中间体：
1.J-酸：2-氨基-5-羟基-7-萘磺酸
2.γ-酸：1-羟基-7-氨基-3-萘磺酸
γ-酸
3.H-酸：1-氨基-8-萘酚-3,6-二磺酸
4. 2,3-酸：2-羟基-3-萘磺酸
5.T-酸：1-萘胺-3,6,8-三磺酸
6.猩红酸：
HO3S
NHCONH
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酸性染料：是一类在酸性染浴中进行染色的 染料。其结构特点是至少含有一个以上的 水溶性基团，通常是磺酸基或羟基，其化 学结构以偶氮型和蒽醌型染料占大多数。
主要应用：羊毛、蚕丝、皮革、纸张的染色。
结合力：酸性染料分子与羊毛中的氨基以离 子键、范德华力结合。
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4.3.3 酸性媒介染料与金属络合染料 1）酸性媒介染料：酸性染料染色后用金属媒染剂 （如铬或铜盐）处理，在纤维上生成络合物。
8
4.1 染料与颜料的概念
染料的分子结构与颜色的关系
4. 形成金属络合物：金属离子与染料分子络合时，金属 离子一方面以共价键与染料分子结合，又与具有未共用 电子对的原子形成配位键从而影响共轭体系电子云的分 布，使染料分子π电子离域增强，选择吸收移向长波。
同一染料与不同金属离子的络合物具有不同的颜色。
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4.1 染料与颜料的概念
能以分子状态或分散状态使纤维或其它物质获得鲜 明和牢固色泽的有色物质称为染料。
染料是可溶于水或有机溶剂的化合物。主要应用于各种纤维 的染色和印花。如棉、麻、毛、丝、毛皮和皮革以及合成纤 维如涤纶、尼纶、腈纶、维纶、等。此外，也广泛应用于塑 料、橡胶制品、油墨印刷、纸张、食品、医药等方面。品种 达9000种。
弱酸性桃红 BS（C.I. 18073）
17
4.3 酸性染料
2）蒽醌型 合成：二羟基蒽醌磺化、硝化、中和、硫化钠还原。
NH2 O OH SO3Na
NaO3S OH O NH2
酸性蓝 R
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NH2 O
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