合成染料
1856年第一次商业成功合成染料,淡紫色,是一位英国化学家偶然发现的威廉·h·珀金他认识到并迅速利用了它的商业意义。1857年淡紫色的引入导致天然染料在世界市场上的主导地位下降。Mauve的商业寿命很短(持续了大约7年),但它的成功催化了一些活动,很快导致了更好的染料的发现。如今只有一种天然染料,洋苏木它在商业上用于少量的染色丝绸,皮革,尼龙黑色的。
合成染料行业直接产生于对煤焦油.到1850年,煤焦油已成为工业上的一大麻烦,因为只有一小部分被用作燃料木防腐剂,道路粘合剂和溶剂的来源石脑油.幸运的是,它作为一种新有机物质的来源引起了化学家的注意化合物,可由蒸馏.这一领域的主要研究者,德国化学家奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼他于1845年被吸引到英国,担任皇家化学学院的院长。在接下来的20年里,他培养了英国染料工业的大多数化学家,其中之一是紫红色的发现者珀金。淡紫色的成功引起了英国人的需求纺织其他新染料制造商。经过反复试验,人们发现煤焦油化合物的反应可以产生有用的染料。然而,霍夫曼对这种纯粹的经验方法,坚持认为更重要的是理解化学而不是盲目前进。1865年,他回到德国到1875年,他的大部分学生都被吸引到德国的工业岗位。到1900年,人们从煤焦油中分离出了50多种化合物,其中许多用于发展中的德国化学工业.到1914年,合成染料工业在德国站稳了脚跟,世界上90%的染料都是在德国生产的。
对化学结构了解的进步,加上强有力的工业-学术互动和有利的政府做法,提供了一个非常适合基于坚实科学基础的系统发展的环境。只有几家瑞士公司和一家英国公司在德国染料工业的蓬勃发展所产生的激烈竞争中幸存下来。
认识到碳的四价性和碳的性质苯环是否需要关键因素来推断众所周知的天然染料的分子结构(例如,靛蓝茜素)和新的人工合成物(例如,淡紫色,品红色的,以及偶氮染料).到20世纪初,这些结构问题得到了解决,基于化学原理的工业过程得到了发展。例如,Badische Anilin- & Soda-Fabrik(巴斯夫) 1897年,德国将合成靛蓝投放市场;本合成工艺的发展复合是由合成公司的利润资助的吗茜素它于1869年首次上市。
染料对活组织的影响也引起了人们的兴趣。1884年,丹麦微生物学家汉斯·克里斯汀·格兰发现水晶紫会不可逆转地染污某些细菌但可以从别人身上洗去。从那时起,这种染料就被广泛用于革兰氏染色剂该技术可以识别革兰氏阳性细菌(污渍被保留)或革兰氏阴性细菌(污渍被洗掉)。德国医学家保罗•埃尔利希发现,亚甲蓝污点生活神经细胞但不是相邻组织。他提出,可能存在一种化合物,通过与特定的疾病有机体结合而不损害宿主,从而杀死它们细胞并提出了这个名字化疗(用化合物治疗疾病)。
对煤焦油研究期间发现的化合物进行了其他用途的探索;例子包括阿斯匹林(一个止痛剂),糖精(一个甜味剂).煤焦油的研究成为合成化工的基础,因为煤焦油是原料的主要来源。然而,随着煤副产品的出现,它变得不那么受欢迎了石油20世纪30年代的原料,这就产生了石化行业。
与发病的一战因此,英国和美国的工业没有准备好提供从德国获得的产品。英国政府被迫帮助本国染料工业复兴;一项措施将几家公司聚集在一起,后来成为联合的一部分帝国化学工业(ICI),仿照拜耳和巴斯夫在德国的合并。在美国煤焦油化工产业迅速发展壮大。战后,有机化学的领导权开始从德国转移到瑞士、英国和美国。与欧洲的联合企业不同,美国以研究为导向的化学工业是由独立公司发展起来的。
20世纪引入了一些新的染料类型,主要的挑战是由染料的引入带来的合成在世界市场占有主要份额的纤维,以及技术的进步。
染料结构和颜色
结构理论的进步导致了化学组成和化学成分之间的相关性的研究颜色.1868年德国化学家卡尔·格雷柏Carl Liebermann发现染料含有共轭双键序列:X=C - C=C - C=C -…,其中X为碳,氧气,或氮.1876年德国化学家奥托维特提出染料含有共轭体系苯含有简单不饱和基团的环(例如,-NO2, - N=N -, - c =O),他称之为发色团、极性基团(如-NH2, -哦),他给它起了名字助色团.这些观点仍然是正确的,尽管由于更好地认识到特定结构特征的作用,它们已经被拓宽了。他还声称是色素缺陷传授这些化合物的染色性能,但后来很清楚,颜色和染色性能没有直接关系。维特提出了一个术语色原用于特定的发色团-生色素组合。
染料的例子,每种含有不同的发色团,包括偶氮苯,氧杂蒽,三苯甲烷.茜素含有蒽醌发色团。这四种染料是19世纪后期的商业产品。
染料和颜料的颜色是由于可见光的吸收光通过化合物。电磁光谱跨越一个波长范围为1012米,从长无线电波(约10公里[6.2英里])到短无线电波x射线(约1纳米[1纳米= 109),但人眼只能探测到400-700纳米的小可见范围内的辐射。有机化合物吸收电磁能,但只能吸收那些具有多种能量的共轭双键因吸收可见光而呈彩色(看到光谱学:分子光谱学).没有取代基,发色团不吸收可见光,但生色素将这些发色团的吸收转移到可见光区域。实际上,原色延长了共轭体系.吸收光谱(吸收强度与波长的关系图)用于表征特定化合物。在可见光谱中,吸收模式趋向于宽频带,在较长的波长处具有极大值,对应于较长的共轭。吸收带的位置和形状影响所观察到的颜色的外观。许多化合物在紫外线区域吸收,一些吸收延伸到紫色(400 - 430nm)区域。因此,这些化合物看起来是黄色的。,所感知的颜色为互补对吸收的颜色。逐渐吸收到可见光区域,得到橙色(430-480纳米)、红色(480-550纳米)、紫色(550-600纳米)和蓝色(600-700纳米);在400-450 nm和580-700 nm处吸收会产生绿色。黑色物体吸收所有可见光;白色物体反射所有可见光。颜色的亮度随着带宽的减少而增加。合成染料往往能产生鲜艳的颜色。这无疑导致了它们的迅速流行,因为相比之下,天然染料的颜色相当单调,弥漫。