3,染料
3.1 染料分子结构与颜色的关系
早在 1834年，人们就从胡萝卜和植物叶上分别提取了胡萝卜素和叶绿素，以
后又进一步发现，这些物质的颜色与它们的分子结构有关。而染料的分子结构与
颜色的关系则是在 1856年珀金发明了第一个合成染料以后，才开始引起人们的注
意，并对有机物呈色的原因提出了各种理论。随着光谱科学的发展，人们不仅能
测出不同物质的吸收光谱图，而且还可通过吸收光谱来了解物质的结构，由此确
定：任何物质的颜色是由于其对可见光产生了选择性吸收的结果，染料的颜色与
结构的关系实质上就是染料分子对光的选择吸收特性与结构之间的关系。
在 1868年格拉勃 （ Graebe） 和李勃曼 （ Liebermamm） 就提出不饱和性是有机
化合物发色的原因 。 至 1876年, 这种假设被德国的维特 （ O.N.Witt） 进一步确定,
并认为有机物至少需有某些不饱和基团存在时, 才能显出颜色, 他将这些基团称
为发色团, 如,
C=C — CH=N— C=O C=S — N=O — N
— N=N— — N=N—
O
但并不是有发色团的有机物就一定会有颜色, 这些发色团还必须连
在足够长的共轭体系上或者同时有多个发色团连在一起时, 才能显出颜
色 。
普通发色体的颜色, 一般并不很深, 对各类纤维也不一定有亲和力,
但当另外引入一些基团时, 会使整个分子的颜色加深, 加浓, 并且对纤
维有亲和力, 维特把这些基团称为助色团 。 主要的助色团有,— OH,—
OR,— NHR,— NR2,— Cl,— Br等 。
此外, 像 — SO3Na,— COONa等较特殊的助色团, 它们对颜色无显
著的影响, 但可使染料具有水溶性, 并使染料在水溶液里带负电荷, 从
而对某些纤维产生亲和力 。
由于染料分子结构的复杂性，以及分子内各基团间互影响的多样必
性，所以染料结构与颜色的关系是一个十分复杂的问题。人们运用量子
力学理论，通过对价键性质、电子云形状和所处能级变化等方面的初步
分析，通过对不同结构染料吸收光谱的测定，摸索总结出一些规律，如：
共轭双键系统、取代基的影响、分子的离子化、共轭系统的, 受阻, 现
象、分子的平面结构、形成金属络合物的影响等。
3.2 染料中间体的合成
1.硝基苯的制备
硝基苯 （ nitrobenzene） 是芳香族硝基化合物, 为黄绿色晶体或黄色
油状液体, 有杏仁气味, 易燃, 能溶于乙醇, 乙醚和苯, 微溶于水 。 密度
1.19867(20℃ ),凝固点 5.70℃, 沸点 210.85℃ 。 硝基苯是重要的化工原料,
可用于生产多种医药和染料的中间体, 如用于制备二硝基苯, 苯胺, 间氨
基苯磺酸等, 还可做有机溶剂, 有机反应的弱氧化剂等 。
芳香族硝基化合物一般由芳香族化合物直接硝化制得 。 最常用的硝化
剂是浓硝酸与浓硫酸的混合液, 常称混酸 。
ArH + HNO3 Ar— NO2 + H2O
在硝化反应中, 因被硝化物结构的不同, 所需的混酸浓度和反应温度
也不相同 。 硝化反应是不可逆反应, 混酸中浓硫酸的作用不仅在于脱水,
更重要的是有利于 NO2+离子的生成, 增加 NO2+离子的浓度, 加快反应速
度, 进而提高硝化能力 。
硝化反应是强放热反应，进行硝化反应时，必须严格控制反应温度和
加料速度，同时进行充分的搅拌。
浓 H2SO4
以苯为原料, 用混酸做硝化剂制备硝基苯的反应方程式如下,
主反应,
+ HONO2 + H2O
副反应,
+ HONO2 + H2O
H2SO4 NO2
NO2 NO2
NO2
H2SO4
2,间硝基苯胺的制备
间硝基苯胺 （ meta-nitroaniline） 为黄色针状晶体或粉末 。 微溶于水,
溶于乙醇, 乙醚, 甲醇 。 熔点 111.8℃,密度 1.430（ 20℃ ） 。
间硝基苯胺主要用作有机合成中间体, 可用于制取冰染染料橙色基Ｒ和
制取色酚ＡＳ－ＢＳ 。
多硝基化合物中硝基的部分还原, 常采用过硫化钠作还原剂 （ 因它的还
原作用比较缓和 ） 。 由于过硫化钠中 S22-离子的水合程度较低, 被氧化后的
电子构型比较稳定, 因而它的还原能力比Ｓ ２－ 强 。 反应过程是通过 S22-离子
攻击硝基上的氮原子而实现的 。
苯环上带有吸电子基团有利于硝基的还原；带有给电子基团, 则阻碍反
应进行 。 所以若间硝基苯胺进一步还原, 要比间二硝基苯还原难得多 。 需使
用更强的还原剂才能使其还原 。
用过硫化钠作还原剂，还原间硝基苯的反应方程式如下,
+ Na2S2 + H2O + Na2S2O3
NO2
NO2
NO2
NH2
3.甲苯氧化制苯甲酸
苯甲酸 （ benzoic acid） 俗称安息香酸 。 其广泛用于作食品防腐剂, 醇酸树
脂和聚酰胺的改性剂, 医药和染料的中间体, 还可用于制备增塑剂和香料等 。
此外, 苯甲酸还用于生产涤纶的原料对苯二甲酸及用作金属材料的防锈剂 。
苯甲酸的工业生产方法有三种：甲苯液相空气氧化法, 三氯甲苯水解法,
邻苯二甲酸酐脱酸法 。 其中以空气氧化法为主 。 实验室常用高锰酸钾为氧化剂,
由甲苯制备苯甲酸 。
芳香族羧酸通常用芳香烃的氧化来制备。芳香烃的苯环比较稳定，难于氧
化，而环上的支链不论长短，在强烈氧化时，最后都变成羧基。
将羧酸盐的水溶液用无机酸进行酸化，即得到相当纯净的羧酸。
过量的高锰酸钾可用亚硫酸钠将它破坏掉,
CH3 COOK
+ 2KMnO4 + KOH + 2MnO2 + H2O
CH3 COOH
+ HCl + KCl
2KMnO4 + H2O + 3Na2SO3 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH
N=N N=N OH
3.3 染料的合成和天然染料的提取
1．分散黄 RGFL的合成
分散黄 RGFL（ disperse yellowRGFL） 的结构式为,
该品为黄棕色粉状物 。 主要用于涤纶及混纺织物, 乙酸纤维, 三乙酸纤维
和锦纶的染色, 并可用于转移印花, 特别适宜与分散红 3B和分散蓝 2BLN拼色 。
本品是拼草绿色和咖啡色的主要分散染料 。
其合成原理是,将对氨基偶氮苯重氮化后，与苯酚偶合而制得。
（ 1）重氮化
（ 2）偶合
+
+HCl
N=N NH2 NaNO2,HCl N=N N+ N
Cl-
N=N N+ N
Cl-
OH
N=N N=N OH
2．活性红紫 X-2R的合成
活性红紫 X— 2R的结构式为,
该染料适用于棉、丝、尼龙等染色和印花。其合成步骤如下,
（ 1）重氮化
+ +
（ 2）偶合
+
N=N— H3CO
OH NH
—
NaO3S SO3Na
C
C C
N
N
N
Cl
Cl
H3CO NH2 NaNO2 + 2HCl ≤4℃ H3CO N2+Cl- NaCl + 2H2O
H3CO N2+Cl-
OH NH2
NaO3S SO3Na
Na2CO3
6～ 10℃
H3CO N=N—
OH NH2
NaO3S SO3Na
（ 3）缩合
+
+HCl
H3CO N=N—
OH NH2
NaO3S SO3Na
C
C C
N
N
N
Cl
Cl
Cl—
N=N— H3CO
OH NH
—
NaO3S SO3Na
C
C C
N
N
N
Cl
Cl
活性红紫 X-2R
3,植物染料的染色
植物染料是从植物的根, 叶, 树干或果实中取得的 。 据估计, 至少有
1000～ 5000种植物可提取色素 。 如菖草, 紫草, 苏木, 靛蓝, 红花, 石榴,
冬青, 杨梅, 柿子, 黄栀子, 桑, 茶等 。 植物染料原主要用于食品和化
妆品着色, 我国在近几年也开发了数十种不同来源的植物色素 。 纺织品
染色早在几千年前就已用植物色素, 至今少数民族地区的蜡染, 扎染也
还应用天然的植物色素 。
天然植物染料色谱七色俱全，但鲜艳明亮不够，不少品种的水洗和
气候牢度不够满意，其浓度与色相也不稳定。用于丝绸、羊毛等蛋白质
纤维染色的植物染料较多，色谱较齐全。而用于纤维素纤维染色的种类
不太多，色谱也不齐全，主要染料有靛蓝、栀子蓝、叶绿素、辣椒红、
苏木黑、可可色、栀子黄、姜黄和茶叶等。用于合成纤维染色的植物染
料种类更少，色谱了也少，着色率较差，虫胶、姜黄和洋葱染料可以对
洗涤染色，在弱酸条件下用高温高压（先媒后染）法染色，得色量较好。
（ 1） 染色方法及工艺流程
植物染料分子结构各不相同, 染色方法也不同, 蛋白质纤维和纤维
素纤维, 染色方法有无媒染染色 （ 桅子黄, 桅子蓝 ）, 先染后媒染法染
色和先媒后染法染色 。 对合成纤维有常压染色和高温高压染色 。
一般染色工艺流程是,
染液制备（植物与水混合煮沸 1h左右，提取染液） → 染色（染液加
热，浸入织物 15～ 30min） → 媒染（染色织物浸入媒染浴中 30～ 40min）
→ 水洗 → 干燥。
如直接染可进行多次染色，先媒染后染色的织物上染率较高，先染
色后媒染的织物匀染性较好。
（ 2） 染色实例
茜草能染色是非洲人首先发现的, 他们发现茜草不仅好吃, 它的根还会把
嘴唇染成红色, 因此茜草成为最早的化妆品之一 。
用茜草染色时, 将茜草根加入到 30℃ 温水中, 然后放入已预先媒染的毛织
物, 染液温度缓慢升至 100℃, 染色 1～ 1.5h后, 温度马上降至 90℃ 染色 0.5h，
定期搅动, 当得到所需的颜色后, 将织物在染液中冷却, 然后在温水, 冷水
中漂洗, 最后脱水, 晾干 。
茜草素在纤维上和媒染剂络合, 形成不溶性的金属络合染料 。 用于棉织
物染色时, 可得鲜艳的红色 。
用黄檗树皮的提取液也可染成粉红色, 染色时, 将黄檗树皮在水中煮沸
60min,提取液冲稀后进行染色, 染色后水洗可得粉红色 。
用红花也可以染色。将散花在水中浸泡数日，绞出黄水，将草木灰汁于
30℃ 揉入散花中，装入麻袋，绞出提取液，反复 4次，收集提取液加入米醋调
至 pH值 7.5左右。将所得溶液，冲稀后加入棉织物染色，于 40～ 50℃ 染色
40min,并慢慢不时加入米醋，染色结束时,pH值在 6.5左右。
3.1 染料分子结构与颜色的关系
早在 1834年，人们就从胡萝卜和植物叶上分别提取了胡萝卜素和叶绿素，以
后又进一步发现，这些物质的颜色与它们的分子结构有关。而染料的分子结构与
颜色的关系则是在 1856年珀金发明了第一个合成染料以后，才开始引起人们的注
意，并对有机物呈色的原因提出了各种理论。随着光谱科学的发展，人们不仅能
测出不同物质的吸收光谱图，而且还可通过吸收光谱来了解物质的结构，由此确
定：任何物质的颜色是由于其对可见光产生了选择性吸收的结果，染料的颜色与
结构的关系实质上就是染料分子对光的选择吸收特性与结构之间的关系。
在 1868年格拉勃 （ Graebe） 和李勃曼 （ Liebermamm） 就提出不饱和性是有机
化合物发色的原因 。 至 1876年, 这种假设被德国的维特 （ O.N.Witt） 进一步确定,
并认为有机物至少需有某些不饱和基团存在时, 才能显出颜色, 他将这些基团称
为发色团, 如,
C=C — CH=N— C=O C=S — N=O — N
— N=N— — N=N—
O
但并不是有发色团的有机物就一定会有颜色, 这些发色团还必须连
在足够长的共轭体系上或者同时有多个发色团连在一起时, 才能显出颜
色 。
普通发色体的颜色, 一般并不很深, 对各类纤维也不一定有亲和力,
但当另外引入一些基团时, 会使整个分子的颜色加深, 加浓, 并且对纤
维有亲和力, 维特把这些基团称为助色团 。 主要的助色团有,— OH,—
OR,— NHR,— NR2,— Cl,— Br等 。
此外, 像 — SO3Na,— COONa等较特殊的助色团, 它们对颜色无显
著的影响, 但可使染料具有水溶性, 并使染料在水溶液里带负电荷, 从
而对某些纤维产生亲和力 。
由于染料分子结构的复杂性，以及分子内各基团间互影响的多样必
性，所以染料结构与颜色的关系是一个十分复杂的问题。人们运用量子
力学理论，通过对价键性质、电子云形状和所处能级变化等方面的初步
分析，通过对不同结构染料吸收光谱的测定，摸索总结出一些规律，如：
共轭双键系统、取代基的影响、分子的离子化、共轭系统的, 受阻, 现
象、分子的平面结构、形成金属络合物的影响等。
3.2 染料中间体的合成
1.硝基苯的制备
硝基苯 （ nitrobenzene） 是芳香族硝基化合物, 为黄绿色晶体或黄色
油状液体, 有杏仁气味, 易燃, 能溶于乙醇, 乙醚和苯, 微溶于水 。 密度
1.19867(20℃ ),凝固点 5.70℃, 沸点 210.85℃ 。 硝基苯是重要的化工原料,
可用于生产多种医药和染料的中间体, 如用于制备二硝基苯, 苯胺, 间氨
基苯磺酸等, 还可做有机溶剂, 有机反应的弱氧化剂等 。
芳香族硝基化合物一般由芳香族化合物直接硝化制得 。 最常用的硝化
剂是浓硝酸与浓硫酸的混合液, 常称混酸 。
ArH + HNO3 Ar— NO2 + H2O
在硝化反应中, 因被硝化物结构的不同, 所需的混酸浓度和反应温度
也不相同 。 硝化反应是不可逆反应, 混酸中浓硫酸的作用不仅在于脱水,
更重要的是有利于 NO2+离子的生成, 增加 NO2+离子的浓度, 加快反应速
度, 进而提高硝化能力 。
硝化反应是强放热反应，进行硝化反应时，必须严格控制反应温度和
加料速度，同时进行充分的搅拌。
浓 H2SO4
以苯为原料, 用混酸做硝化剂制备硝基苯的反应方程式如下,
主反应,
+ HONO2 + H2O
副反应,
+ HONO2 + H2O
H2SO4 NO2
NO2 NO2
NO2
H2SO4
2,间硝基苯胺的制备
间硝基苯胺 （ meta-nitroaniline） 为黄色针状晶体或粉末 。 微溶于水,
溶于乙醇, 乙醚, 甲醇 。 熔点 111.8℃,密度 1.430（ 20℃ ） 。
间硝基苯胺主要用作有机合成中间体, 可用于制取冰染染料橙色基Ｒ和
制取色酚ＡＳ－ＢＳ 。
多硝基化合物中硝基的部分还原, 常采用过硫化钠作还原剂 （ 因它的还
原作用比较缓和 ） 。 由于过硫化钠中 S22-离子的水合程度较低, 被氧化后的
电子构型比较稳定, 因而它的还原能力比Ｓ ２－ 强 。 反应过程是通过 S22-离子
攻击硝基上的氮原子而实现的 。
苯环上带有吸电子基团有利于硝基的还原；带有给电子基团, 则阻碍反
应进行 。 所以若间硝基苯胺进一步还原, 要比间二硝基苯还原难得多 。 需使
用更强的还原剂才能使其还原 。
用过硫化钠作还原剂，还原间硝基苯的反应方程式如下,
+ Na2S2 + H2O + Na2S2O3
NO2
NO2
NO2
NH2
3.甲苯氧化制苯甲酸
苯甲酸 （ benzoic acid） 俗称安息香酸 。 其广泛用于作食品防腐剂, 醇酸树
脂和聚酰胺的改性剂, 医药和染料的中间体, 还可用于制备增塑剂和香料等 。
此外, 苯甲酸还用于生产涤纶的原料对苯二甲酸及用作金属材料的防锈剂 。
苯甲酸的工业生产方法有三种：甲苯液相空气氧化法, 三氯甲苯水解法,
邻苯二甲酸酐脱酸法 。 其中以空气氧化法为主 。 实验室常用高锰酸钾为氧化剂,
由甲苯制备苯甲酸 。
芳香族羧酸通常用芳香烃的氧化来制备。芳香烃的苯环比较稳定，难于氧
化，而环上的支链不论长短，在强烈氧化时，最后都变成羧基。
将羧酸盐的水溶液用无机酸进行酸化，即得到相当纯净的羧酸。
过量的高锰酸钾可用亚硫酸钠将它破坏掉,
CH3 COOK
+ 2KMnO4 + KOH + 2MnO2 + H2O
CH3 COOH
+ HCl + KCl
2KMnO4 + H2O + 3Na2SO3 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH
N=N N=N OH
3.3 染料的合成和天然染料的提取
1．分散黄 RGFL的合成
分散黄 RGFL（ disperse yellowRGFL） 的结构式为,
该品为黄棕色粉状物 。 主要用于涤纶及混纺织物, 乙酸纤维, 三乙酸纤维
和锦纶的染色, 并可用于转移印花, 特别适宜与分散红 3B和分散蓝 2BLN拼色 。
本品是拼草绿色和咖啡色的主要分散染料 。
其合成原理是,将对氨基偶氮苯重氮化后，与苯酚偶合而制得。
（ 1）重氮化
（ 2）偶合
+
+HCl
N=N NH2 NaNO2,HCl N=N N+ N
Cl-
N=N N+ N
Cl-
OH
N=N N=N OH
2．活性红紫 X-2R的合成
活性红紫 X— 2R的结构式为,
该染料适用于棉、丝、尼龙等染色和印花。其合成步骤如下,
（ 1）重氮化
+ +
（ 2）偶合
+
N=N— H3CO
OH NH
—
NaO3S SO3Na
C
C C
N
N
N
Cl
Cl
H3CO NH2 NaNO2 + 2HCl ≤4℃ H3CO N2+Cl- NaCl + 2H2O
H3CO N2+Cl-
OH NH2
NaO3S SO3Na
Na2CO3
6～ 10℃
H3CO N=N—
OH NH2
NaO3S SO3Na
（ 3）缩合
+
+HCl
H3CO N=N—
OH NH2
NaO3S SO3Na
C
C C
N
N
N
Cl
Cl
Cl—
N=N— H3CO
OH NH
—
NaO3S SO3Na
C
C C
N
N
N
Cl
Cl
活性红紫 X-2R
3,植物染料的染色
植物染料是从植物的根, 叶, 树干或果实中取得的 。 据估计, 至少有
1000～ 5000种植物可提取色素 。 如菖草, 紫草, 苏木, 靛蓝, 红花, 石榴,
冬青, 杨梅, 柿子, 黄栀子, 桑, 茶等 。 植物染料原主要用于食品和化
妆品着色, 我国在近几年也开发了数十种不同来源的植物色素 。 纺织品
染色早在几千年前就已用植物色素, 至今少数民族地区的蜡染, 扎染也
还应用天然的植物色素 。
天然植物染料色谱七色俱全，但鲜艳明亮不够，不少品种的水洗和
气候牢度不够满意，其浓度与色相也不稳定。用于丝绸、羊毛等蛋白质
纤维染色的植物染料较多，色谱较齐全。而用于纤维素纤维染色的种类
不太多，色谱也不齐全，主要染料有靛蓝、栀子蓝、叶绿素、辣椒红、
苏木黑、可可色、栀子黄、姜黄和茶叶等。用于合成纤维染色的植物染
料种类更少，色谱了也少，着色率较差，虫胶、姜黄和洋葱染料可以对
洗涤染色，在弱酸条件下用高温高压（先媒后染）法染色，得色量较好。
（ 1） 染色方法及工艺流程
植物染料分子结构各不相同, 染色方法也不同, 蛋白质纤维和纤维
素纤维, 染色方法有无媒染染色 （ 桅子黄, 桅子蓝 ）, 先染后媒染法染
色和先媒后染法染色 。 对合成纤维有常压染色和高温高压染色 。
一般染色工艺流程是,
染液制备（植物与水混合煮沸 1h左右，提取染液） → 染色（染液加
热，浸入织物 15～ 30min） → 媒染（染色织物浸入媒染浴中 30～ 40min）
→ 水洗 → 干燥。
如直接染可进行多次染色，先媒染后染色的织物上染率较高，先染
色后媒染的织物匀染性较好。
（ 2） 染色实例
茜草能染色是非洲人首先发现的, 他们发现茜草不仅好吃, 它的根还会把
嘴唇染成红色, 因此茜草成为最早的化妆品之一 。
用茜草染色时, 将茜草根加入到 30℃ 温水中, 然后放入已预先媒染的毛织
物, 染液温度缓慢升至 100℃, 染色 1～ 1.5h后, 温度马上降至 90℃ 染色 0.5h，
定期搅动, 当得到所需的颜色后, 将织物在染液中冷却, 然后在温水, 冷水
中漂洗, 最后脱水, 晾干 。
茜草素在纤维上和媒染剂络合, 形成不溶性的金属络合染料 。 用于棉织
物染色时, 可得鲜艳的红色 。
用黄檗树皮的提取液也可染成粉红色, 染色时, 将黄檗树皮在水中煮沸
60min,提取液冲稀后进行染色, 染色后水洗可得粉红色 。
用红花也可以染色。将散花在水中浸泡数日，绞出黄水，将草木灰汁于
30℃ 揉入散花中，装入麻袋，绞出提取液，反复 4次，收集提取液加入米醋调
至 pH值 7.5左右。将所得溶液，冲稀后加入棉织物染色，于 40～ 50℃ 染色
40min,并慢慢不时加入米醋，染色结束时,pH值在 6.5左右。
