第一節　發色理論

一、維特的發色理論

1865年引入了苯環的概念；1868年格拉勃（Graebe）和李勃曼（Lieberman）最初將色素的顏色和化學結構聯系起來，認為顏色和染料的不飽和性有關；1876年德國的O.N.維特提出發色團、助色團理論學說，認為有機化合物之所以具有顏色，其分子中一定存在一個潛在的發色基團，叫發色團。發色團一般是具有不飽和鍵的基團，如—NO2、—N=N—、—CH=CH—等。而且這些發色團一般要連接在芳香族的化合物上即共軛體系上，稱發色體。發色體的顏色一般較淺，對纖維的親和力小，為了對發色體的顏色起增深的作用，增強對纖維染著性，還應連接一個助色團，助色團一般是具有非共享電子對的基團，如—OH、—OR、—NH2、—NHR、—NR2、—Cl、—Br、—SO3H、—COOH、等。這就是維特的發色理論。由發色團、發色體和助色團組成的染料如下：

維特的發色團和助色團理論至今還被人們所應用，但助色團并不是染料必須具有的，如紫蒽酮染料不具備助色團，但仍具有顏色。維特的發色理論從宏觀上構筑了具有顏色的染料具備的特征，曾經為有機染料的合成做出了突出的貢獻，為近代有機發色理論的出現奠定了堅實的基礎。

二、近代有機發色理論

近代發色理論的基本論點是：一個有機化合物之所以具有顏色，是物質對于光選擇吸收的結果，物質的顏色就是它所吸收的那部分波長光的顏色的補色。可見色和光是分不開的。

顏色是光線刺激了眼睛而在大腦中反映出來的一種主觀感受。很早以前，麥克斯韋就提出光具有電磁波的特性。1905年，普朗克和愛因斯坦建立了一種與電磁輻射顯然不同的微粒子理論。這種理論把光看成是一束不連續的能量粒子或光子流。因此人們知道，光既具有波動性又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

光具有波動性，即光具有一定的波長和頻率。可以用下式表示：

λ=C/ν

式中：λ——光的波長，nm，1nm=10?=10-7cm；

C——光速，C=3×108m/s；

ν——光的頻率。

同時光具有粒子性，即光具有一定的能量。可以用下式表示：

E=hν

光子的能量與波長成反比。可以表示如下：

E=hν=hC/λ

式中：h——普朗克常數，h=6.62×10-27erg/s=1.57×10-37kJ/s，1cal=4.184erg=4.2J。

光是一種電磁波。電磁波包括γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線以及無線電波，可見光是波長為380～760nm之間的電磁波。人眼對于低于380nm和高于760nm之外的非可見光無任何反應。

太陽光是由不同波長的光組成的復色光。太陽是能夠發光的自然光源，電燈、碳弧燈等則是人造光源。當一束太陽光穿過狹縫照射到一個玻璃棱鏡上時，太陽光經過棱鏡發生折射，在另一側面放置的屏上形成一條彩色光帶，排列的次序是：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，稱為光譜。不同顏色的光具有不同的波長，不同波長的光具有不同的能量，即使是同一種顏色的光也是由不同波長不同能量光組成的復合光，這些光混合在一起就是人們看到的白色光。

眾所周知，由于原子軌道的線性組合會形成能量較低的成鍵軌道和能量較高的反鍵軌道。即基態電子能級和激發態電子能級，每個電子能級又包括若干個振動能級，每個振動能級又包括若干個轉動能級，每個能級的能量都是量子化的、非連續的。有機化合物一般都處于能量最低的基態能級，當吸收光能之后會引起電子的躍遷，躍遷到激發態能級，兩個能級能量的差值也是量子化的、非連續的。由于各個染料分子中化學鍵的本質、電子的流動性以及分子基態至激發態的激發能各不相同，使得不同分子對光的吸收存在很大的差異。當分子中存在π電子或n電子時，電子就可以通過對光的吸收被激發到反鍵軌道上——從基態到激發態會產生一個能量差△E=E1-E0，△E即為被染料分子選擇吸收的能量，如圖2-1所示。

只有那些能量與兩個能級差相等的那部分波長的光子才可以被選擇吸收，沒有被吸收的那部分波長的光子混合反射出來呈現的顏色，就是人們所看到的物質顏色。可見物質的顏色就是它們對不同波長的光選擇吸收所致，物質表現出來的顏色是被吸收光的顏色的補色。物質對光發生不同程度的選擇吸收會呈現不同的顏色。

把被物質吸收的那部分波長光的顏色叫光譜色；沒有被物質吸收的那部分波長光的顏色叫該光譜色的補色；光全部透過的物質顏色是無色；光全部被反射出來的物質顏色是白色；光全部被吸收的物質顏色為黑色；兩種不同的顏色光混合在一起產生白光的現象叫互為補色現象，其中一種顏色為另一種顏色的補色。

如果把可見光的顏色按照波長的大小排成一個環，環中對角線的顏色互為補色，這個環叫作色環或色盤，如圖2-2所示。

色環中互為對角線兩種顏色的光就是互為補色的光。例如，一個黃色的物質吸收的是藍色波段的光，而把其余波段的光反射出來，就是人們所看到的藍顏色的補色即黃色。即物質的顏色就是它所吸收的那部分波長光的顏色的補色。

藍光和黃光混合得到的是白色。綠色對應的是非光色譜紅紫色，實際上它們是互補的，因為紅光與紫光混合得到紅紫色光線，再和綠色光混合，結果就是白光。用這種方式使光混合，隨著光組分的增加，最后產生的有色光強度也呈現加和性，所以稱之為“加法混合”。色環上任何一種顏色都可以由其相鄰的兩種顏色的光按照適當的比例混合得到。染料的三原色是紅色、黃色和藍色，任何一種顏色都可以由紅、黃和藍三種顏色經過一次、兩次或更多次的拼混得到，如圖2-3所示。

然而身邊絕大多數顏色并不屬于以上類型，它們是通過“減法混合”得到的。色環中互為對角線的兩種顏色光混合會得到白色光。那么當將其中一種顏色的光去除，將看到的是剩余顏色的光，例如，如果用濾波片濾去日光中495nm的綠藍光，視覺中感受到的是綠藍光的補色——紅光。

需要指出的是，常說的物質的顏色是指在日光下所呈現的顏色。其他光源下所看到的顏色與日光下看到的顏色是有差別的。