第三章 染料的颜色和结构

第一节 引言

早在19世纪60年代W.H.Perkin发明合成染料以后，人们就对染料的颜色和结构的关系进行了研究，并提出了各种理论。

众所周知，物体所呈现的颜色是由色素颜色和结构色共同作用的结果。色素产生的颜色是染料和颜料等色素分子对光产生选择性吸收作用的结果；而结构色是物体表面的微结构由光的色散、散射、干涉和衍射引起的通过选择反射产生的颜色。色素物质对光的吸收特性和它们分子结构的关系原是光谱学的主要研究内容。量子力学的发展使人们对物质结构的认识有了一个新的突破，它使光谱学进入了一个新的境界。此后人们对染料的颜色和结构的关系才开始从一个新的角度，即从量子力学的角度来进行研究。

在早期的理论中，以维特（O.N.Witt，1876）提出的发色团、助色团理论影响较大。维特认为，有机化合物的颜色是由于分子结构中的发色团引起的。主要的发色团有—N═N—、、—NO₂、等不饱和基团。含有发色团的分子结构称为发色体。维特还认为，作为染料的有机化合物分子还应具有助色团，它们能加强发色团的作用，并使染料具有对纤维染色的能力。主要的助色团有—NH₂、—NHR、—NR₂、—OH等。现在看来，维特的理论仅仅是对一些现象的归纳且有许多例外，它不能从本质上说明问题。如碱性染料孔雀绿色基分子虽然有发色团和助色团，却仍然是无色的；碘仿（CHI₃）虽无发色团，却是黄色的。

由于历史原因，发色团、助色团这两个名词现在还被广泛使用着，不过它们的含义已经有了变化。现在所谓的发色团，一般指的是那些能对波长为200～1 000 nm的电磁波发生吸收的基团。实际上，染料要对波长为380～780nm的光波发生吸收才能显现颜色。它们的分子结构里要有一个由若干共轭双键构成的共轭体系。这些共轭体系往往还带有助色团，构成一个发色体系。助色团，指的是那些接在π共轭体系上的—NH₂、—NHR、—NR₂、—OH、—OR等供电子基团。

本章的任务在于说明：染料对光的吸收现象、吸收现象的量子概念以及染料的颜色和结构的一般关系。这里所谓染料的颜色一般是指染料稀溶液的吸收特性，也就是指染料分子呈分散状态时的吸收特性。同一染料由于聚集状态或晶体结构的不同，呈现的颜色也会有差异。