精細(xì)化學(xué)第五章-功能性染料課件

第五章功能性染料第五章功能性染料功能性染料的分類和用途色素分類功能特性應(yīng)用實(shí)例光致變色色素光照發(fā)生顏色變化玩具、服裝、變色纖維熱致變色色素受熱或受冷而發(fā)生顏色的變化熱敏紙（傳真紙、心電圖紙等）、示溫材料電致變色色素電場(chǎng)下變色廣告版、液晶光盤用色素吸收激光發(fā)熱分解CD-R和DVD-R光盤功能性染料的分類和用途色素分類功能特性應(yīng)用實(shí)例光致變色色素光功能性染料的分類和用途色素分類功能特性應(yīng)用實(shí)例生物醫(yī)用色素與生物體內(nèi)的金屬例子結(jié)合后熒光性能發(fā)生改變，光照產(chǎn)生單線態(tài)氧疾病監(jiān)測(cè)、DNA測(cè)序、熒光探針、光動(dòng)力治療太陽(yáng)能存儲(chǔ)用色素將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能玩具、服裝、變色纖維化學(xué)發(fā)光色素氧化反應(yīng)發(fā)光化學(xué)光棒功能性染料的分類和用途色素分類功能特性應(yīng)用實(shí)例生物醫(yī)用色素與5.1光致變色色素

光致變色現(xiàn)象指的是物質(zhì)（有機(jī)分子或無極分子）受到光照射后，其最大吸收波長(zhǎng)（或反射光的波長(zhǎng)）發(fā)生變化的現(xiàn)象。具有這種性質(zhì)的物質(zhì)稱為光致變色材料或光致變色色素。ABλ1λ2，△5.1光致變色色素光致變色現(xiàn)象指的是物質(zhì)（有機(jī)分子或光致變色材料的應(yīng)用光致變色色素加入透明樹脂中，制成變色材料，可以用于太陽(yáng)眼鏡片、服裝、玩具等用光致變色色素制成防偽油墨光信息存儲(chǔ)（可擦式光盤、CD-E）分子開關(guān)，應(yīng)用于光電技術(shù)和光控裝置中光致變色材料的應(yīng)用光致變色色素加入透明樹脂中，制成變色材料，5.1光致變色色素5.1光致變色色素5.1.1光致變色色素的分類（1）由共軛鏈變化導(dǎo)致的光致變色色素螺吡喃類螺噁嗪類聯(lián)吡啶類5.1.1光致變色色素的分類（1）由共軛鏈變化導(dǎo)致的光致變（1）由共軛鏈變化導(dǎo)致的光致變色色素氮丙啶類噁嗪類（1）由共軛鏈變化導(dǎo)致的光致變色色素氮丙啶類噁嗪類（2）由順-反結(jié)構(gòu)變化引起的光致變色色素硫靛類偶氮類（2）由順-反結(jié)構(gòu)變化引起的光致變色色素硫靛類偶氮類（3）由分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生顏色變化的光致變色色素西夫堿類呫噸酮類（3）由分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生顏色變化的光致變色色素西夫堿類呫噸（4）由開環(huán)-閉環(huán)反應(yīng)引起變色的光致變色色素俘精酸酐類芳香稠環(huán)化合物類（5）由加氧-脫氧反應(yīng)引起變色的光致變色色素（4）由開環(huán)-閉環(huán)反應(yīng)引起變色的光致變色色素俘精酸酐類芳香稠（6）由光氧化-還原反應(yīng)引起變色的光致變色色素三芳二吡嗪類四氯萘酮類（7）由均裂反應(yīng)引起變色的光致變色色素（6）由光氧化-還原反應(yīng)引起變色的光致變色色素三芳二吡嗪類四幾種光致變色材料一、俘精酸酐

俘精酸酐是芳取代的二亞甲基丁二酸酐化合物的統(tǒng)稱．其分子通式可表示為：幾種光致變色材料一、俘精酸酐俘精酸酐是芳取代的二亞甲幾種光致變色材料幾種光致變色材料幾種光致變色材料二、吲哚啉苯并螺噻喃螺吡喃螺噻喃螺噁嗪幾種光致變色材料二、吲哚啉苯并螺噻喃螺吡喃螺噻喃螺噁嗪幾種光致變色材料三、偶氮化臺(tái)物幾種光致變色材料三、偶氮化臺(tái)物5.2熱致變色色素

示溫材料、絲網(wǎng)印刷和凹版印刷用油墨（如各種薄膜、標(biāo)簽、包裝物、日用品、玩具等需要隨溫度變色制品的印刷）

熱致變色現(xiàn)象是指某些物質(zhì)在受熱或受冷時(shí)所發(fā)生的色變。具有熱致變色特性的物質(zhì)成為熱致變色材料。熱致變色材料的應(yīng)用主要有：5.2熱致變色色素示溫材料、絲網(wǎng)印刷和凹版印刷用油5.2熱致變色色素1、晶型轉(zhuǎn)變：無機(jī)熱致變色材料的變色機(jī)理主要有：5.2熱致變色色素1、晶型轉(zhuǎn)變：無機(jī)熱致變色材料的變色機(jī)理5.2熱致變色色素5.2熱致變色色素5.2熱致變色色素2、熱分解分子結(jié)構(gòu)改變機(jī)理

含有內(nèi)結(jié)晶水的Cu、Co、Ni等的無機(jī)鹽類可逆熱致變色材料的變色主要是由物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)改變引起的，即物質(zhì)被加熱到一定溫度時(shí)失去結(jié)晶水而引起顏色變化，當(dāng)冷卻時(shí)其重新吸收環(huán)境中的水汽，逐漸恢復(fù)到原來的顏色。這類可逆熱致變色材料受熱后變色快，但顏色復(fù)原需要較長(zhǎng)的時(shí)間和較高的相對(duì)濕度，受環(huán)境影響較大。5.2熱致變色色素2、熱分解分子結(jié)構(gòu)改變機(jī)理5.2熱致變色色素3、分子間化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

該機(jī)理亦可稱之為“電子得失機(jī)理”，即發(fā)生分子間的化學(xué)反應(yīng)，電子在不同的組分中轉(zhuǎn)移引起氧化還原型的變化，從而導(dǎo)致顏色的改變。5.2熱致變色色素3、分子間化學(xué)反應(yīng)機(jī)理該機(jī)理亦可5.2熱致變色色素4、配位幾何構(gòu)型變化機(jī)理

大多數(shù)金屬配位化合物的變色機(jī)理是配位幾何構(gòu)型變色，其變色主要是由電子躍遷引起的。如(CH3)2CHNH3CuCl3受熱后配位數(shù)由5變?yōu)?，引起構(gòu)型由平面錐型變?yōu)殡p錐型。5.2熱致變色色素4、配位幾何構(gòu)型變化機(jī)理大多數(shù)金5.2熱致變色色素

液晶是介于固態(tài)與各向同性液態(tài)之間的中間態(tài)物相，即為三維有序的空間結(jié)構(gòu)和各向同性的均質(zhì)熔融物質(zhì)。熱致液晶是指由溫度變化所引起的，并且只能在一定溫度范圍內(nèi)存在的晶態(tài)物質(zhì)。液晶類可逆熱致變色材料具有層狀結(jié)構(gòu)，分子長(zhǎng)軸在層內(nèi)相互平行，但鄰近分子層之間分子軸方向有偏移，因而形成螺旋結(jié)構(gòu)，其周期性的層間距稱為螺距，溫度變化會(huì)使螺距發(fā)生變化，而不同的螺距會(huì)反射不同波長(zhǎng)的光，從而顯示出顏色變化。大多數(shù)膽甾液晶的螺距對(duì)溫度都有很強(qiáng)的依賴性，只要溫度稍微變化，選擇散射光波長(zhǎng)就會(huì)有很大變化。液晶類可逆熱致變色材料及其變色機(jī)理5.2熱致變色色素液晶是介于固態(tài)與各向同性液態(tài)之間5.2熱致變色色素

有機(jī)類可逆熱致變色材料主要由電子給予體(發(fā)色劑)，電子接受體（顯色劑）、溶劑三部分組成，其中決定顏色的是電子給予體，決定顯色深淺的是電子接受體，溶劑則決定變色溫度。變色機(jī)理：通常情況下電子給予體和電子接受體的氧化還原電位接近，當(dāng)溫度變化時(shí)，二者氧化還原電位相對(duì)變化程度不同，使氧化還原反應(yīng)的方向隨著溫度的改變而改變，通過電子的轉(zhuǎn)移而吸收或輻射一定波長(zhǎng)的光，表觀上便有了顏色的變化。有機(jī)類可逆熱致變色材料及其變色機(jī)理5.2熱致變色色素有機(jī)類可逆熱致變色材料主要由電子5.2熱致變色色素5.2熱致變色色素5.2熱致變色色素

目前研究和開發(fā)的發(fā)色劑種類比較多，根據(jù)有機(jī)化合物的命名可將其分為：三芳甲烷類、熒烷類、吲哚啉苯酞類、吩噻嗪類、螺吡喃類、席夫堿類、螺環(huán)類、雙蒽酮類等，而現(xiàn)階段對(duì)三芳甲烷類和熒烷類發(fā)色劑的研究和開發(fā)最多。發(fā)色劑5.2熱致變色色素目前研究和開發(fā)的發(fā)色劑種類比較多5.2.2有機(jī)熱致變色材料三芳甲烷類熱致變色色素?zé)o色藍(lán)色5.2.2有機(jī)熱致變色材料三芳甲烷類熱致變色色素?zé)o色藍(lán)色

分子體系中的一個(gè)碳原子由sp3雜化態(tài)轉(zhuǎn)為sp2雜化態(tài)，使原先被隔開的π體系轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾拇螃畜w系，進(jìn)而使化合物改變顏色。熒烷類熱致變色色素5.2.2有機(jī)熱致變色材料分子體系中的一個(gè)碳原子由sp3雜化態(tài)轉(zhuǎn)為sp2雜化態(tài)

顯色劑是引起熱變色的有機(jī)化合物，它接受發(fā)色劑提供的電子而產(chǎn)生顏色反應(yīng)。

顯色劑主要分為無機(jī)類和有機(jī)類：

無機(jī)類主要是一些酸性白土或活性白土以及高嶺土、鋁鎂硅酸鹽類。

常用有機(jī)類顯色劑主要有：酚羥基化合物及其衍生物，如雙酚A、對(duì)羥基苯甲酸芐酯、4-羥基香豆素等；羧基化合物及其衍生物，如己酸、辛酸、硬脂酸、對(duì)苯二甲酸及一些可以提供質(zhì)子的路易斯酸等。顯色劑5.2.2有機(jī)熱致變色材料顯色劑是引起熱變色的有機(jī)化合物，它接受發(fā)色劑提供的電

溶劑又被稱之為“溫度調(diào)節(jié)劑”，是一系列調(diào)節(jié)溫度變化的有機(jī)化合物，其決定可逆熱致變色材料的變色溫度。如果要調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)變色溫度，可改變所用的溶劑。溶劑的熔點(diǎn)對(duì)熱致變色材料的變色溫度具有決定作用，但不影響顏色變化。

溶劑5.2.2有機(jī)熱致變色材料溶劑又被稱之為“溫度調(diào)節(jié)劑”，是一系列調(diào)節(jié)溫度變化的5.3有機(jī)電致變色色素

無機(jī)電致變色色素主要是過渡金屬氧化物（氧化鎢、氧化鎳、氧化鈷等）絡(luò)合物、普魯士藍(lán)等；

有機(jī)電致變色色素根據(jù)分子量的大小又可分為有機(jī)小分子電致變色材料和高分子電致變色材料。

電致變色現(xiàn)象是指在外接電壓或者電流的驅(qū)動(dòng)下，物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)而引起顏色變化的現(xiàn)象。具有電致變色特性的物質(zhì)成為電致變色色素。電致變色色素可分為無機(jī)變色色素和有機(jī)電致變色色素。5.3有機(jī)電致變色色素?zé)o機(jī)電致變色色素主要是過渡金有機(jī)電致變色色素的特性1、顏色變化的可逆性、方便性、靈敏性、多色性；2、顏色深度的可控性；3、顏色的記憶性；4、電致變色材料的驅(qū)動(dòng)電壓低；5、顏色環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。有機(jī)電致變色色素的特性1、顏色變化的可逆性、方便性、靈敏性、電致變色色素的應(yīng)用電致變色顯示器電致變色智能窗玻璃無眩反光鏡電致變色存儲(chǔ)器件電致變色色素的應(yīng)用電致變色顯示器5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類5.3.2.1有機(jī)小分子電致變色色素1、紫羅精及其衍生物類2、蒽醌類5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類5.3.2.1有機(jī)小分子電5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類3、金屬酞菁類4、芳香胺類5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類3、金屬酞菁類4、芳香胺類5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類5、氮雜環(huán)衍生物類6、熒烷類5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類5、氮雜環(huán)衍生物類6、熒烷類5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類7、螺吡喃類8、六芳基乙烷衍生物類5.3.2有機(jī)電致變色色素的分類7、螺吡喃類8、六芳基乙烷衍5.4電致發(fā)光材料

電致發(fā)光現(xiàn)象是某些物質(zhì)受到外界電場(chǎng)的作用下而將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的現(xiàn)象。具有這種性能的材料稱為電致發(fā)光材料。

新型的電致發(fā)光材料，具有能耗低、易彎曲、響應(yīng)速度快，視角廣、可大面積顯示、發(fā)光色彩齊全、可與現(xiàn)有各種技術(shù)兼容等優(yōu)點(diǎn)。5.4電致發(fā)光材料電致發(fā)光現(xiàn)象是某些物質(zhì)受到外界電5.4電致發(fā)光材料5.4電致發(fā)光材料5.4有機(jī)電致發(fā)光的原理及器件結(jié)構(gòu)發(fā)光原理：5.4有機(jī)電致發(fā)光的原理及器件結(jié)構(gòu)發(fā)光原理：5.4有機(jī)電致發(fā)光的原理及器件結(jié)構(gòu)5.4有機(jī)電致發(fā)光的原理及器件結(jié)構(gòu)5.4電致發(fā)光材料

從目前的研究成果來看,作為有機(jī)電致發(fā)光器件核心的發(fā)光材料可分為以下4類:1、小分子有機(jī)染料：

這類材料具有高的熒光效率,并且可以通過真空沉積法成膜,但是成膜后容易結(jié)晶,有時(shí)甚至易于其它的有機(jī)材料形成激基復(fù)合物,因此這類材料的單獨(dú)應(yīng)用比較少。2、金屬絡(luò)合物：

其中典型的可以8-羥基喹啉絡(luò)合物(Alq3)為代表,還有現(xiàn)在研究比較多的一些稀土元素的絡(luò)合物，這類材料的性質(zhì)介于無機(jī)和有機(jī)之間。它們除可作為EL的發(fā)光材料外，還可作為電子傳輸材料。5.4電致發(fā)光材料從目前的研究成果來看,作為有機(jī)電3、有機(jī)聚合物材料：

典型的以聚對(duì)苯乙烯類(PPV)為代表,這類材料是目前研究最多的電致發(fā)光材料,它們具有如下特點(diǎn):1具有良好的加工性能,可制成大面積薄膜;2具有良好的電、熱穩(wěn)定性;3其共軛聚合物電子結(jié)構(gòu)、發(fā)光顏色可在合成過程中進(jìn)行化學(xué)調(diào)節(jié)。4、有機(jī)磷光材料：

有機(jī)磷光材料是很有競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)光材料，有廣闊的應(yīng)用前景，他的研究應(yīng)該說方興未艾。主要的磷光材料是卟啉類和重金屬銥的配合物兩種。5.4電致發(fā)光材料3、有機(jī)聚合物材料：典型的以聚對(duì)苯乙烯類(PPV)為5.5光盤用色素1、光盤的類型：CD——ROM：readonlymemoryCD——WORM：writeoncereadmanyCD——RW：RewritablesCD：compactdisc只讀：可寫：5.5光盤用色素1、光盤的類型：CD——ROM：read5.5光盤用色素2、CD-R光盤的用途：5.5光盤用色素2、CD-R光盤的用途：5.5光盤用色素3、CD-R光盤的結(jié)構(gòu)：5.5光盤用色素3、CD-R光盤的結(jié)構(gòu)：5.5光盤用色素4、CD-R光盤的結(jié)構(gòu)及記錄原理：保護(hù)層：反射層：記錄層：基盤：由聚碳酸酯經(jīng)注塑成型,刻有螺旋溝槽。

利用旋轉(zhuǎn)涂布法均勻涂上一層染料

利用真空濺射法鍍上一層金或銀作為反射層保護(hù)膜，一般涂一層清漆激光燒蝕形成的凹坑780nm激光器5.5光盤用色素4、CD-R光盤的結(jié)構(gòu)及記錄原理：保護(hù)層：5.5光盤用色素4、CD-R光盤的結(jié)構(gòu)及記錄原理：5.5光盤用色素4、CD-R光盤的結(jié)構(gòu)及記錄原理：5.5光盤用色素5、CD-R