染料化学试题Word文档格式.docx
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A,B
8何谓还原染料的光敏脆损作用？
分析其产生的可能原因。
一些用还原染料印染的织物，在穿着过程中会发生纤维脆损现象称为光敏脆损现象。
这种现象的产生原因，主要是这些染料吸收光线中某一波段的能量转移给其他物质时，在纤维上引起了光化学反应所致。
光敏脆损现象的产生与染料的结构是否有关，目前还缺乏足够的论证。
但有些情况具有一定的规律性。
在还原染料中，黄色、红色和橙色是产生光敏脆损现象比较严重的色泽系统。
9缩聚染料
该类染料染色时脱去水溶性基团，缩合成大分子不溶性染料附着在纤维上，称为缩聚染色。
[判断题]
10、染料具有颜色是由于对光波选择性吸收的结果。
错
[单项选择题]
11、染料的摩尔吸光度越大，则染料的颜色（）
A.越深
B.越浅
C.越淡
D.越浓
D
12写出一氯均三嗪，二氯均三嗪，一氯甲氧基均三嗪和二氟一氯嘧啶，甲基砜嘧啶，三氯嘧啶两组活性染料的结构式。
并比较它们的反应活泼性的大小。
说明理由。
活性染料的结构式依次为
它们的反应活性大小依次为：
卤代氮杂环活性基的反应性，除了和杂环中的杂原子数目有关，还和杂环上取代基的性质、数目和位置有关。
在杂环上引入吸电子基将降低杂环碳原子的电子云密度，增强活性基的反应性；
引入供电子基，则反应性降低。
因此在杂环中引入氯和氟原子等吸电子基团可提高活性基的反应性，引入数目越多，卤素的电负性越强，反应性就提高越多。
13阐述色素的光致变色机理及其应用。
有机光致变色色素的种类根据变色机理划分：
1.由共轭链变化导致变色的光致变色色素
这类色素分子经光激发，其化学结构因电荷转移发生变化，导致化合物由无色变为有色，或由有色变为无色，颜色的变化较明显。
2.由顺-反式结构变化引起变色的光致变色色素
这类分子吸收光能量后可使分子构造由顺式向反式或由反式向顺式转化，同时使分子的颜色发生变化，色差往往不大但可区别，这类色素的化学类别有硫靛类、偶氮类等。
3.由分子内质子转移产生颜色变化的光致变色色素
这类分子在光照下会发生分子内质子的转移，使得分子的颜色由无色或浅黄色变为橙红色，如席夫碱类、占吨类化合物。
4.由开环-闭环反应引起变色的光致变色色素
这类分子在光照下会发生分子内开环-闭环反应，它们通常具有良好的热稳定性。
如俘精酸酐类、二杂芳乙烯类、二甲基芘类化合物等。
5.由加氧-脱氧反应引起变色的光致变色色素
这类色素一般为芳香稠环类化合物，它们在氧的作用下，经一定波长的光照射，稠环内会形成过氧桥构造，经另一波长光照射又会失去氧，回复原状，在此过程中伴随着颜色的改变。
这类化合物大多具有荧光和光致变色的双重特性。
6.由光氧化-还原反应引起变色的光致变色色素
三芳二吡嗪醌经光化学还原反应，其中的羰基会转变成羟基，在此过程中伴随着颜色的变化，由原先的黄色转变成绿色。
7.由均裂反应引起变色的光致变色色素
四氯萘酮分子受光照发生键的均裂，产生了一个橙色的三氯萘氧自由基和一个氯自由基，这个反应是可逆的。
光致变色色素可以用来制得光致变色油墨；
将光致变色色素加入透明树脂中，制成光变色材料，可以用于太阳眼镜片、服装、玩具等等。
14阐述影响染料的光褪色的因素以及提高染料光牢度的可能途径。
影响染料在各种环境下发生光照褪色的主要因素包括：
1.光源与照射光的波长，
2.环境因素，
3.纤维的化学性质与组织结构
4.染料与纤维的键合强度，
5.染料的化学结构，
6.染料浓度与聚集态，
7.人工汗液在染料光褪色中所起的作用，
8.整理剂的影响。
改善染料耐光稳定性的方法主要有两种：
一种是对染料结构进行改进，使其能够在消耗光能量的同时尽量降低染料发色体系受到的影响，从而保持原有色泽；
第二种方法是在染色过程中或染色后添加合适的助剂，使其在受到光照时先于染料发生光反应，消耗光能量，以此起到保护染料分子的作用。
15激发态的染料可发生哪些光反应？
一般来说，染料分子的光化学反应主要是异构反应、还原和氧化反应、分解反应、光敏反应等，另外光取代、光聚合等光化学反应也有报道。
染料光褪色是处于激发态的染料分子分解或与其分子发生光化学反应所引起的，其中光氧化和光还原反应是光褪色的两个重要途径。
16染料受光激发后能量是如何进行转化的？
光照对染料产生的影响可以从染料分子中电子结构及能量变化的情况来解释。
当一个染料分子吸收一个光子的能量后，将引起分子的外层价电子由基态跃迁到激化态。
按结构的不同，染料分子在不同波长光波的作用下可以发生不同的激化过程，有π→π*、n→π*、CT（电荷转移）、S→S（单线态）、S→T（三线态）、基态→第一激发态和基态→第二激化态等。
单线态的基态写作S0，第一和第二激化单线态分别写作S1和S2。
相应的三线态则以T0、T1、T2表示。
在激化过程中，染料分子被激化成各种振动能级的电子激化态，它们的振动能级会迅速降低，将能量转化为热而消散，这种降低能级的过程称为振动钝化。
在振动钝化过程中，振动能级低的S2激化态也会转化成为振动能级较高的S1激化态，并继续发生振动钝化。
这样，原来能级较高的S2激化态迅速转化为最低振动能级的S1激化态。
等能量相交条件下的S2、S1电子能态之间的转化不包含电子自旋多重性的变化，被称为内部转化。
单线态和三线态之间也会发生转化，从S1转化成T1激化态。
这种伴有电子自旋多重性变化，在等能量相交条件下的电子能态转化叫做系间窜越。
由于受电子自旋选律的“禁戒”，系间窜越的速率一般是比较低的。
激化的染料分子与其他分子间发生光化学反应，导致了染料的光褪色和纤维的光脆损。
17试以法兰克一康登原理说明双原子分子对光的吸收强度的分布。
在电子跃迁过程中，核间距离是来不及发生改变的。
这就是法兰克－康登原理的基本论点。
在核振动过程中，总的能量不变，但位能和动能随着核间距离而不断转化。
在振动过程中，原子核在不同距离上出现的机率服从波动力学原理。
分子处于不同核距离状态的机率分布情况随振动能级而不同。
处于基态时，绝大部分分子处于最低振动能级。
发生电子跃迁时，它们可以激化成属于若干不同振动能级的电子激化态。
但根据法兰克-康登原理，在电子跃迁的瞬间，核间距离可以认为是不变的，基态和激化态的核间距离相等。
而跃迁的机率随着基态和激化态两者处于该核间距离状态的机率大小而变化。
由上述可见，由于激化前后核间平衡距离的变化和激化成不同振动能级的机率分布的不同，电子吸收光谱曲线就相应地表现为不同的形态。
18吸收选律
有机化合物中，电子要发生具有一定跃迁距的所谓“允许”的跃迁，要有一定的条件，这些条件称为选律。
19以蒽醌中料的合成为例说明在蒽醌上引入羟基、氨基的常用方法。
蒽醌上引入羟基的常用的方法是酸基碱熔法，如
蒽醌上引入氨基最常用的方法是氨解法：
如β-氨基蒽醌
20以氨基萘磺酸的合成为例说明萘的反应特点以及在萘环上引入羟基、氨基的常用方法。
萘的磺化随磺化条件，特别是随温度的不同得到不同的磺化产物。
低温（<
60℃）磺化时，由于α位上的反应速率比β位高，主要产物为α取代物。
随着温度的提高（165℃）和时间的推移，α位上的磺酸基会发生转位生成β-萘磺酸。
（一）萘环上引入羟基的方法有
（1）酸基碱熔反应：
萘磺酸在高温下（300℃）与氢氧化钠或氢氧化钾共熔时磺酸基转变成羟基
（2）羟基置换卤素反应：
（二）在萘环上引入氨基的反应，主要是硝基还原和氨解反应，
21何谓功能染料？
试述功能染料在功能纺织品和生物医疗中的应用。
功能性染料是一类具有特殊功能或应用性能的染料，这种特殊功能指的是染料用于着色用途以外的性能，通常都与近代高、新技术领域关联的光、电、热、化学、生化等性质相关。
功能染料在功能纺织品中的应用：
功能染料已经在纺织印染行业中进入实用阶段或已显示出其潜在的应用前景。
目前主要应用和研究的有：
（1）光变色染料和颜料：
具有光致变色（即颜色随光照而变化）性的染料或颜料。
（2）荧光染料和颜料：
能在可见光范围强烈吸收和辐射出荧光的染料。
而荧光颜料实质上是颗粒很细的荧光染料的树脂固溶体。
（3）红外线吸收染料和红外线伪装染料：
红外线吸收染料是指对红外线有较强吸收的染料，被用于太阳能转换和贮存；
红外线伪装染料（或颜料）指的是红外线吸收特性和自然环境相似的一些具有特定颜色的染料，可以伪装所染物体，使物体不易被红外线观察所发现，主要用于军事装备和作战人员的伪装。
（4）热变色染料和颜料：
具有热敏变色性的染料和颜料已越来越多地用于纺织品的染色和印花。
（5）湿敏涂料：
由钴盐制成的无机涂料。
（6）有色聚合物：
可用于塑料或纤维的原液中着色和纺织品的涂层和印花。
由于功能高分子染料耐高温性，耐溶剂性和耐迁移性，特别适用于纤维及其织物的着色，可提高被染物的耐摩擦性和耐洗涤性；
由于有色聚合物的耐迁移性能优异，安全性高，可用于食品包装材料、玩具、医疗用品等的染色。
此外，还应用于皮革染色、彩色胶片和光盘等染色。
（7）远红外保温涂料：
由具有很强的发射红外线的特性的无机陶瓷粉末以及一些镁铝硅酸盐加工而成。
主要用于加工阳光蓄热保温织物。
此外，通过涂料印花或涂层加工，还可赋予织物发射红外线的功能，使织物具备良好的隔热性或保温性。
功能染料在生物医疗中的应用：
功能染料在生物医疗中的应用主要是通过物理作用或者化学反应将染料分子引入生物大分子的主链或侧链上，染料和底物在分子水平上的结合只要极少量染料便可获得所需的颜色深度，或者发出较强的荧光，从而衍生出生物医学用色素。
这类色素的种类有多种，主要是荧光探针、DNA测序用荧光染料和光动力学治疗用色素。
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22按染料应用分类，列表说明各类染料的结构和性质特点、染色对象、方法。
如下表所示：
23试述染料和颜料的分类方法；
写出各类纺织纤维染色适用的染料（按应用分类）。
染料分类：
1.按化学结构分类分为：
偶氮染料、蒽醌染料、芳甲烷染料、靛族染料、硫化染料、酞菁染料、硝基和亚硝基染料，此外还有其他结构类型的染料，如甲川和多甲川类染料、二苯乙烯类染料以及各种杂环类染料等。
2.按应用性能分为：
直接染料、酸性染料、阳离子染料、活性染料、不溶性偶氮染料、分散染料、还原染料、硫化染料、缩聚染料、荧光增白剂，此外，还有用于纺织品的氧化染料（如苯胺黑）、溶剂染料、丙纶染料以及用于食品的食用色素等。
颜料分类：
颜料可根据所含的化合物的类别来分类：
无机颜料可细分为氧化物、铬酸盐、硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钼酸盐、磷酸盐、钒酸盐、铁氰酸盐、氢氧化物、硫化物、金属等。
有机颜料可按化合物的化学结构分为偶氮颜料、酞菁颜料、蒽醌、靛族、喹吖啶酮等多环颜料、芳甲烷系颜料等。
从生产制造角度来分类可分为钛系颜料、铁系颜料、铬系颜料、橡胶用颜料、陶瓷及搪瓷用颜料、医药化学品用颜料、美术颜料等等。
纺织纤维按其来源可以分为3类，植物纤维，动物纤维，合成纤维；
对于植物纤维，如棉，麻可用直接染料，活性染料，还原染料，不溶性偶氮染料，硫化染料，缩聚染料进行染色。
对于动物纤维，如羊毛，蚕丝可以用酸性染料，中性染料，媒染染料，活性染料进行着色。
合成纤维，常见的有涤纶，锦纶，腈纶，涤纶可以用分散染料染色，锦纶可以用酸性染料染色，腈纶可以用阳离子染料染色。
24何谓染料以及构成染料的条件是什么？
试述染料与颜料的异同点。
染料是能将纤维或其他基质染成一定颜色的有色有机化合物。
成为染料需要具备以下两个条件：
（1）可溶于水，或者可在染色时转变成可溶状态，对纤维有一定的亲合力。
（2）能够使纤维着色，且上染后具有一定的染色牢度。
染料与颜料的相同点：
都可以用于纤维或基质的着色
不同点：
染料主要用于纺织物的染色和印花，它们大多可溶于水，有的可在染色时转变成可溶状态。
染料可直接或通过某些媒介物质与纤维发生物理的和化学的结合而染着在纤维上。
染料主要的应用领域是各种纺织纤维的着色，同时也广泛地应用于塑料、橡胶、油墨、皮革、食品、造纸等工业。
颜料是不溶于水和一般有机溶剂的有机或无机有色化合物。
它们主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液的着色，也可用于纺织物的染色及印花。
颜料本身对纤维没有染着能力，使用时是通过高分子粘合剂的作用，将颜料的微小颗粒粘着在纤维的表面或内部。
25试述重氮化反应机理（以反应方程式表示）及影响重氮化反应的因素。
比较下列化合物分别进行重氮化反应的难易，重氮化方法和用酸比例如何？
重氮化反应机理：
色基和盐酸与亚硝酸钠的反应称为重氮化反应。
对于重氮化反应本身来说，溶液中具有一定的质子浓度是一个必要的条件，反应中，首先是盐酸与亚硝酸钠作用生成亚硝酸，在酸性介质中亚硝酸与酸反应生成亚硝化试剂，反应如下：
NaNO2+HCl→HNO2+NaCl
HNO2+H+→H2NO2+
H2NO2++Cl-→H2O+NOCl
H2NO2++NO2-→N2O3+H2O
26试从重氮化，偶合反应机理出发比较说明：
凡拉明蓝B色基：
大红色基G:
//
红B色基：
的重氮化反应的快慢，将用什么重氮化方法和酸用量的比例。
1.重氮化反应由快到慢顺序依次是凡拉明蓝B>
红B色基>
大红色基G，凡拉明蓝B色基进行重氮化时，酸量不宜过量过多，否则溶液中游离芳胺存在量太少，影响反应速率。
重氮化时，一般先将芳胺溶于稀酸中，然后在冷却的条件下，加入亚硝酸钠溶液（即顺法）。
红B色基，大红色基G用较浓的酸加热使芳胺溶解，然后冷却析出芳胺沉淀，并且要迅速加入亚硝酸溶液以保持亚硝酸在反应中过量，否则，偶合活泼性很高的对硝基苯胺重氮液容易和溶液中游离的对硝基苯胺生成黄色的重氮胺基化合物沉淀。
偶合反应速率：
大红色素G>
凡拉明蓝B色基
偶合时的pH为：
9-10
27试用量子概念，分子激化理论解释染料选择吸收的原因，染料分子的能阶间隔大小与染料分子结构存在什么关系。
分子吸收光能是量子化的。
分子里的电子有一定的运动状态，原子核之间有一定的相对振动状态，整个分子则有一定的转动状态。
这些运动状态各有其报应的能量，即电子能量、振动能量和转动能量。
它们的变化也都是量子化的，是阶梯式而不是连续的。
这种能量的高低叫做能级。
能级之间的间隔就是它们之间的能量差。
运动状态发生变化时，能级也随之而发生变化。
这种运动状态的变化叫做跃迁。
电子运动状态的变化叫做电子跃迁，在一般条件下，分子总处于最低电子能级状态，称为电子基态，简称基态。
在光的作用下，当光子的能量和染料分子的能级间隔一致时，便可能发生吸收，即所谓的选择性吸收。
作为染料，它们的主要吸收波长应在380-780nm波段范围内。
染料激化态和基态之间的能级间隔DE必须与此相适应。
这个能级间隔的大小主要是由价电子激化所需的能量决定的。
就有机化合物而言，对可见光吸收的能级间隔是由它们分子中p电子运动状态所决定的。
28解释下列各组染料颜色深浅不同的原因。
影响染料颜色的因素主要有以下几个：
（1）共轭双键系统
（2）供电子基和吸电子基
（3）分子的吸收各向异性和空间阻碍
共轭系统越长则其深色效应越显著。
供吸电子的协同效应越强，深色效应越显著，分子的共面性越好，深色效应越显著。
3.分子的吸收各向异性所致染料颜色深浅不同。
4.引入取代基氨基造成了空间阻碍导致染料颜色的深浅不同。
29按结构不同，直接染料分为哪几类？
试各举一例。
直接染料可分为：
直接染料可分为直接染料、直接耐晒染料、直接铜盐染料和直接重氮染料。
直接染料主要包括：
联苯胺偶氮染料，二苯乙烯型染料
直接耐晒染料包括：
二芳基脲偶氮染料，三聚氰胺偶氮染料，二噁嗪染料，酞菁系直接染料。
直接重氮染料包括：
在偶氮基对位上具有氨基的染料，在染料分子末端具有间二氨基苯或间氨基萘酚结构的染料。
30指出下列棉用染料的应用分类类别名称和染料分子结构特征。
写出这些染料的染色过程，描述染料在纤维中的状态并讨论染料的染色坚牢度。
联苯胺类直接染料；
联苯剩基有保持平面性倾向，两个苯核相连的C－C键较正常的C－C键长缩短约0.1Å
，故基本上是单键，两个苯核可以环绕C－C键而旋转。
故联苯胺染料是线型，平面型分子，具有直接性；
纤维的染色过程可以这样描述：
纤维首先浸入染液，吸收染液中的水分而发生溶胀，这种溶胀是沿着纤维的表面，由表及里逐渐发生的，而且只发生在纤维的无定形区。
染料分子随着水分子的运动与纤维发生吸附作用，并由外向内扩散至纤维的全部无定形区。
随着时间的推移，吸附作用加深，出现了聚集和解吸作用，这些作用既发生在染料与纤维之间，也发生在染料分子之间。
发生在染料分子之间的吸附和解吸也可称为聚集与解聚。
吸附和解吸两作用最终达到动态平衡，这一过程即结束。
其表象是纤维由“环染”到“透染”的过程。
染料在纤维中主要以分子及分子聚集态存在，由于分子中存在的水溶性基团较多，故水洗牢度较差。
31以染料中料为原料，写出合成下列染料的反应方程式。
32还原染料分为哪两大类？
它们的色泽牢度如何，合成蒽醌还原染料如何分类？
还原染料按结构主要可以分为蒽醌类和靛族，有全面的坚牢度，耐晒和耐洗坚牢度，蒽醌染料由蒽醌或其衍生物合成，蒽醌染料根据结构可以分为酰胺系和亚胺系，咔唑系，蓝蒽酮系，黄蒽酮和芘蒽酮系，二苯嵌蒽酮系，吖酮系和噻唑结构系。
33写出靛蓝，硫靛的分子式，合成途径，按结构比较说明它们及其衍生物的色泽，牢度。
靛蓝的牢度很好，但是它的色泽晦暗并不鲜艳，它的隐色体钠盐对纤维素纤维的直接性很小，无法一次染得深色。
这些缺点可以通过卤化的方法得到改善。
卤化后的靛蓝色泽比较鲜艳明亮，而且，染料卤化后，提高了染料隐色体钠盐对纤维素纤维的直接性。
硫靛染料大部分都是红色，与靛蓝一样，硫靛本身色泽都不够鲜艳，而且日晒牢度也差；
可是它的衍生物却很漂亮，而且各项牢度都很高。
34指出以下还原染料的分子结构特征，写出还原染料的染色过程，描述染料在纤维中的状态。
还原染料分子中都含有两个或两个以上的羰基，分子的共平面性都极好，属于多环芳香族化合物，其结构中不含有磺酸基、羧基等水溶性基团。
染色过程：
不溶性的还原染料在还原剂，碱剂的作用下转变成可溶性的隐色体的钠盐，然后染料的隐色体被纤维表面吸附并向纤维内部扩散，最后，在氧化剂的作用下，上染的隐色体转变为原来不溶性的还原染料固着在纤维表面。
还原染料与纤维以氢键，范德华力结合，在纤维上以主要以分子状态存在。
35何谓酸性染料，酸性媒染染料，酸性含媒染料，它们的结构特点，牢度如何。
传统的酸性染料是指含有酸性基团的水溶性染料，而且所含酸性基团绝大多数是以磺酸钠盐形式存在于染料分子上，仅有个别品种是以羧酸钠盐形式存在。
早期的这类染料都是在酸性条件下染色，故通称酸性染料。
酸性媒染染料可溶于水，能在酸性溶液中对蛋白质和聚酰胺纤维上染，但在染色过程中要用金属媒染剂处理，使染料与金属媒染剂在纤维上形成络合物，因此称为酸性媒染染料。
酸性含媒染料绝大多数是含有水溶性基团的偶氮型染料，类似酸性媒染染料，在分子中含有水杨酸基团或在偶氮基两侧邻位上具有可以与金属形成络合物的羟基、氨基母体染料，通过与铬、铜等金属离子形成稳定性比较高的染料金属络合物。
36试述酸性染料结构与其染色性能的关系，以及提高水洗牢度的途径（举例说明）。
酸性染料分子中含有一定数量的亲水性基团，如－SO3H、－COOH、－NH2、－OH基等，染料分子具有较强的亲水性。
当分子中含有较多的－SO3H基，染色纤维在碱性水溶液中，由于解离的磺酸基－SO3－与纤维内带负电荷区域之间的静电排斥力，更容易造成染料向碱性水溶液中的解吸附。
因此尽管酸性染料染着羊毛、丝及聚酰胺纤维时可以与纤维之间形成盐键，但其结合强度仍比较低，因此染料在纤维上的湿处理牢度不是十分理想。
提高酸性染料水洗牢度的方法：
增加染料分子量，湿处理牢度将随着染料分子量或分子体积的加大而得到改进.可以在染料分子中引入脂肪族烷基、环烷烃及芳烃等憎水性基团。
这些基团的引入不仅可以降低酸性染料在水中的溶解度和亲水性能，而且又增加了染料分子与蛋白质纤维分子间的引力，明显地提高染料湿处理牢度。
37指出下列染料是什么种类的染料。
1、强酸性染料
2、弱酸性染料
3、直接染料
4、直接染料
38按染料应用分类，羊毛可用酸性染料（包括强酸性浴染色和弱酸性浴染色的酸性染料）、酸性媒染染料、酸性络合染料和毛用活性染料等进行染色。
试述它们基本的染色过程和涉及的化学反应；
并说明它们在染色时与纤维的作用力及在纤维上的湿牢度。
羊毛是两性纤维，在酸性浴中，羊毛纤维上的羧基的电离被抑制，而氨基离子化，结果使羊毛带有正电荷，酸性染料的染浴是一个多离子的混合物，其中含有H+及酸根离子，染料阴离子及伴随存在的Na+，由于染液中染料阴离子与无机阴离子相比体积大，扩散慢，所以在染料阴离子未被纤维吸附之前，无机阴离子优先被纤维吸附，与羊毛离子化的氨基
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