5.2.1經典發色理論自從合成染料問世以來,人們就開始對染料的顏色與其分子結構之間的內在聯係進行了研究。在早期的發色理論中,以維持(O.N.Witt)在1876年提出的發色團與助色團學說影響較大。維持認為,有機化合物結構中至少需要有某些不飽和基團存在時才能發色,他把這些基團稱為發色基團,主要的發色基團有—NN—、CC、—NO、NO2、CO等,含有發色團的分子稱為發色體或色原體。增加染料結構中共軛雙鍵的數量,其顏色加深,羰基數目增加,顏色也加深。維特理論還認為,發色體的顏色不一定很深,對各種被染物質也不一定具有染色能力(或親和力),能夠作為染料的有機化合物分子中還應含有助色團,它們能加強發色團的生色作用,並增加染料與被染物的結合力。主要的助色團有—NH2、—NHR、—NR2、—OH、—OR等。此外像磺酸基(—SO3H)、羧基(—COOH)等為特殊助色團,它們對發色團並無顯著影響,但可以使染料具有水溶性和對某些物質具有染色能力。
維持的發色團與助色團理論在曆史上對染料化學的發展起過重要的作用,也正是這個原因,發色團與助色團這兩個名稱現在還被廣泛使用,不過它們的涵義已經有了根本的變化。
5.2.2近代發色理論
根據量子化學及休克爾(Huckel)分子軌道理論,有機化合物呈現不同的顏色是由於該物質吸收不同波長的電磁波而使其內部的電子發生躍遷所致。能夠作為染料的有機化合物,它的內部電子躍遷所需的激化能必須在可見光(400~760nm或157.17~298.87kJ/mol)範圍內。物質的顏色主要是物質中的電子在可見光作用下發生π→π*(或伴隨有n→π*)躍遷的結果,因此研究物質顏色和結構的關係可歸結為研究共軛體係中π電子的性質,即染料對可見光的吸收主要是由其分子中的π電子運動狀態所決定的。現代發色理論中所謂的發色團,一般是指那些能吸收波長為400~760nm電磁波的基團,它們的分子結構裏有若幹個共軛雙鍵組成的共軛體係,這些共軛體係往往還帶有助色團,共軛體係和助色團共同組成一個發色體係。所謂助色團指的是那些連接在π共軛體係上的—NH2、—NHR、—NR2、—OH、—OR等供電子基團。發色體係很多,但可用作染料及具有商業應用價值的並不多,重要的發色體係如下所示。
(1)乙烯發色體C6H5(CHCH)nC6H5
nλmax/nmεmax顏色
131924350無
235240000無
337775000淺黃
440486000綠光黃
542494000橙
6445114000橙棕
7465135000黃銅色
(2)偶氮發色體係
①單偶氮
組成顏色
Alkyl—NN—Alkyl淺橙
Alkyl—NN—Aryl黃
Aryl—NN—Aryl橙紅
②雙偶氮
Aryl—NNNN—Aryl
顏色:黃、藍、黑
Aryl—NNNN—Aryl
顏色:黃、橙、紅
③三偶氮
Aryl—NN—Aryl—NN—Aryl—NN—Aryl
顏色:棕、藍、綠
(3)次甲基/多次甲基發色體
—CH—C、—(CH—C)n—
(4)芳香發色體
三苯甲烷陽離子:
CXY
Z
XYZ顏色HHH橙HN(CH3)2+N(CH3)2Cl-綠N(CH3)2N(CH3)2+N(CH3)2Cl-紫
(5)稠環芳香體
(6)蒽醌
(7)酞菁
人們把能增加染料吸收波長的效應稱為深色效應,把增加染料吸收強度的效應稱濃色效應。反之,把降低吸收波長的效應稱為淺色效應,把降低吸收強度的效應稱減色效應。許多染料分子是由共軛雙鍵或稠環芳烴構成的,增加稠環芳烴和共軛雙鍵的數量,會產生濃色和深色效應。染料共軛係統上連接有—NH2、—NHR、—NR2、—OH、—OR等供電子基團時產生深色效應和濃色效應。染料分子和不同助色基團相連接時可引起最大吸收峰的波長及強度發生變化,一般將染料吸收峰向長波方向移動稱為紅移,向短波方向移動稱為紫移,吸收強度增加的為增色,吸收強度減弱的為減色。