染料结构剖析讲解课件.ppt

1、染料的结构剖析剖析的任务1.天然物（染料）结构测定2.商品染料结构的测定扬锦宗3.科研，生产中分析控制测定参考书：1.扬锦宗 染料的分析与剖析 化学工业出 出版社 19872.赵德峰 精细化学品结构剖析 大连理工大学 出版社 19883.K.Venkatarraman The Analytical Chemistry of Synthetic Dyes 1977 第一章 导论1.染料剖析与染料工业发展史（1）.天然物结构剖析苜蓿做为蕃茄的绿肥。可获高产但并不是N,P,K等的做用酒精溶解有机溶剂萃取元素分析分子式定为CH3(CH2)28CH2OH一克可用于1500亩地。H2NNH2NH2+Cl-

2、（2）第一个天然染料 品红 1856年剖析，1859年就建厂生产 结构如下：第二个天然染料茜素OOOHOH第三个天然染料靛蓝NHOCH2OHNHOHNHONHHNOONHHNOHOH（3）商品染料的结构剖析1956年活性染料问世，经剖析我国于1958年开始就有三套系统上线生产Procion;Remazol;Cibacron，同时分析出：对于乙基砜硫酸酯染料在任何pH值下，都有三个组份：D-SO2CH2CH2OSO3HD-SO2CH=CH2D-SO2CH2CH2OH商品染料去除助剂着色物上染料溶剂萃取分离、精制类别鉴定结构鉴定结构降解、制备衍生物，分离、精制，结构鉴定合成验证(4).染料剖析的过

3、程染料剖析的具体程序1.单一性鉴定采用纸色谱或薄层色谱纸色谱水溶性染料（酸性，活性，直接等）薄层色谱非水溶性染料（分散等）一般须选用2-3种展开剂（酸性，碱性，中性）2.分类试验3.全分析：对精制后的纯样品进行全面分析测定：紫外可见吸收光谱，红外吸收光谱，核磁共振波谱，质谱和色谱等。3.文献查阅4.元素定量分析5.官能团定量分析6.结构降解7.降解产物的分离和鉴定8.合成验证 第二章 色谱1.色谱的由来色谱这一术语是跟据“Chromatography”一词反译而来由俄国植物学家茨维特（Tsvet)于1930年首创第二章.色谱的分类1.按分离的原理分类：1.1.吸附色谱1.2.分配色谱1.3.离

4、子交换色谱1.4.凝胶色谱1.5.亲和色谱2.按两相的物态分类2.1.液相色谱法2.2.气相色谱法一 纸色谱溶剂前沿起始线（23mm）斑点的直径23毫米样点与样点间距1.5厘米纸色谱的基本原理分配色谱固定相吸附在滤纸上的水移动相展开剂样品在水和展开剂中的溶解度不同，故分配不同而达到分离。试教：碘从水中萃取到CCl4中去。分配系数K物质在两相中的浓度的比值，K与温度压力有关。K=CH2OCCCl4=CiaCibCia,b把K应用到纸色谱中KSI=CiaCib=CS1CS1S1，S2为要分离的两种物质因此，要分离两种物质时，两物质的K值必须有差别才行。CS2CS2KS2=二.比移植（Rf)及其应用

5、abRf=ab因此Rf是1，在01之间，对于要分离的物质的Rf，最理想的是0.50.851.影响比移值Rf的因素1）.分配系数的影响 一个化合物的分配系数大，Rf小；分配系数小，Rf大。如果斑点跑到层析纸前沿，换展开剂时应使化合物的溶解度小一点。例：CH2CH2COOHNH2(CH3)2CHCHCOOHNH2(CH3)2CHCH2CHCOOHNH2 K Rf丁醇 醋酸 水（4 1 5）42.3 0.37 9.5 0.65 3.2 0.782）.化合物分子结构的影响（极性大小的影响）如上例，随着C链的增长，极性减小。再如：COOHCOOHCOOHCH2COOHCH2COOHCH2COOH都带有相

6、同的极性基团COOH，但CH2个数不同，草酸的极性最大，Rf最小。表二：二羧酸RM值与C原子个数的关系 RM=lg(-1)1RfRMC原子个数展开剂.丙醇氨水（82）.丙醇氨水（64成线性关系的还只限于局限于结构较简单的化合物，对染料的复杂结构则比较复杂。关于极性的例子 碱性 酸性正丙醇 氨水（2 1）正丁醇 2.5摩尔/升 HCl=4 1）0.90 0.69 0.59 0.46 0.61 0.41 0.25 0.18NH2NH2COOHNH2SO3HNH2HO3SSO3H3）氢键的影响 被分离的物质与固定相或移动相形成氢键，对Rf的影响较大。例：正丙醇 氨水 丁醇 HCl 0.68 0.52

7、 0.45 0.37 0.62 0.37 0.37 0.25NH2SO3HH3CNH2HO3SH3CNH2SO3HH3CONH2HO3SH3COI IIIIIIIIIIIIVIV 正丙 醇 5%NaHCO3=2 1)分别为异构体在 邻位有SO3H存在，因空间障碍，使得 NH2不易与展开剂中的H2O形成氢键，故Rf大；比多一个O，可能也形成氢键，所以的Rf比小。4）溶剂性质的影响同一个化合物在不同的展开剂中的Rf值是不同的。表：对氨基苯甲酸的分离，斑点的数不同，有的得一个斑点，有的得两个斑点，因为展开剂丁醇 25%HCl 水（100 15 2）中的HCl可能与-NH2形成盐酸盐，另外化合物可能形

8、成内盐。总之，得到两个斑点不一定不是一种物质。要鉴定一个物质是不是单一的，不能用一种展开剂就能定论，一般应用碱性、酸性、中性展开剂试验。丁醇 醋酸 水 丁醇 吡啶 水 （4 1 5）（3 1 1）0.26 0.44 0.75 0.71 0.32 0.46 0.72 0.69苯基化后极性减小，Rf增大。H2NSO3HHO3SHNNH2HO3SHO3SHN5）滤纸对染料的吸附性的影响综合举例：氨基萘磺酸的异构体12，13，14，15，160.80.60.40.2Rf偶极矩Rf0.20.40.60.8 12 13 14 15 16 172.影响比移值（Rf）重复性的因素1）温度的影响a.温度变化后，

9、样品在两相中的溶解度是否变化。例：CH2COOHNH2H3CCHCOOHNH2 正丁醇 甲酸 水=15 3 2 20 4043 0.43 0.41 0.27 0.31 展开剂中各物质互溶性在温度变化中，变化不大，但被分离物质在温度变化下，在展开剂中的溶解度有些变化。b.展开剂中各物质的互溶性随温度的变化而变化较大展开剂：三甲基吡啶用水饱和。1015 20 25 有机相 水相 有机相 水 有机相 水相 417 78 549 34 593 3甘氨酸 0.25 0.06 0.05丙氨酸 0.32 0.10 0.10c.展开集中组分的沸点低，易挥发的影响2）滤纸的影响 纸的本身结构紧密，含水分就较少，

10、上升的速度慢 纸的本身结构松散，含水分就较多，上升的速度快3）起始线和展开剂表面的距离 距离大，移动相少。4）层析缸内展开剂蒸汽饱和度 不饱和时，上移的展开剂就挥发，就降低了展开的速度。5）展开剂的“老化”程度 a.时间长了，各组分的比例变了。b.丁醇 醋酸 水 时间长，醇与酸发生酯化，（有人指出，配 好后，放两个星期后，即酯化完成后再用）。Rf值的用途1）观察各组分的相对位置；如：一个是0.1，一个是0.22）作为一种纪录的手段；3）与前人工作的结果进行比较。例：丁醇:乙醇:水 丁醇:2.5N HCl 正丙醇:5%NaHCO3 2 1 1 4 1 2 1 对 0.22 0.16 0.47 间

11、 0.29 0.16 0.53 邻 0.41 0.35 0.67 要分离对、间、邻时可用第三种。NH2HO3S 2%HCl 丁醇 2.5N HClNH2NH2H2N 0.85 0.63 0.85 0.09 三.展开方法a.上升法（最常用）特点：设备简单，操作方便，缺点：展开剂借毛细管作上爬，爬到一定高度就爬不动了，最后使斑点扩散。上升法适用于不用很长时间就能分开的物质。b.下行法 适用于Rf值很低的组分的分离 缺点：操作烦一点 优点：由于重力与毛细管作用重合，斑点时间长了不扩散。c.两向法 滤纸应是方的改变方向后，可换展开剂，也可用同一种展 开剂。氨基酸用两向法可分出19种d.径向法（也叫圆形

12、色谱）展开的速度快，缺点是Rf值不确定。e.重复展开四.展开剂的选择 因在纸色谱中，固定相是水，因此纸色谱主要适用于水溶性物质。1.对展开剂的要求a.纯度 如氯仿（药用的氯仿中常含有2的乙醇作稳定剂）药用酒精常含有含量75 一般要求化学纯 如 丁醇 DMF 水=11 3 11，刚好是一个互溶体。b.所用的展开剂与被分离的物质发生化学反应如：吡啶就比较活泼，容易与二氯三嗪生成络合物，这会使活性染料分成几个点。c.使用过程中变化要小（主要是挥发性），时间长了比例就变了，如：丙酮 丁醇中丙酮易挥发。d.毒性要小，易从色层纸上除去，成本要低。2.怎样选展开剂A选用的展开剂的极性与被分离的物质的极性不要

13、相差太大。在多元体系中 丁醇 DMF 水=11 3 11 丁醇 吡啶 水=1 1.3 1 丁醇 醋酸 水=4 1 5 丁醇与水是不互溶的，中间物质的作用 与丁醇与水不互溶，调节PH值，阻止纸与分离物质的相互吸引。介绍常用的展开剂胺类化合物（芳胺）S1正丁醇 醋酸 水=4 1 5（上层）万能展开剂 S2丁醇 浓盐酸（或2.5N HCl）=4 1l S3丁醇 己醇 水=2 1 1 S4正丙醇 氨水（浓）=2 1 S5正丙醇 5%NaHCO3 水溶液=2 1 （把析出的NaHCO3 过滤掉）直接性很高的染料 丁醇 吡啶 水=0.5 1 1活性染料（可指活性的与水解的分开）丁醇 DMF 水=11 3

14、1 丁醇 DMF 水 醋酸=10 3 11 2 所用的大多为伯醇，易与纤维生成氢键，这样就与被分离物质发 生竞争，使被分离物就较少的与纤维结合。五.展开斑点的特异形状 1.拖尾：可能试样溶解的不好，太浓，分配系数不同；2.紧跟前沿：在展开剂中的溶解度太大；3.重叠：含无机盐太多，如Sn+4、Na+、Cl-太多；4.与标准样位置不一致：点样的介质是否相同，如：游离芳胺与 其盐酸盐就不一样。六.显色方法 许多中间体是无色的，需要显色 注意事项：1.斑点物质在显色剂中溶解度要小；如：用与其偶合生产染料。用+乙醇或+水+NaOH的水溶液在显色时生成物的水溶性较大，就溶解了。NH2OHHO3SSO3HN

15、H2OHOHHO3SSO3HNH21.碘蒸汽熏：几乎与所有的有机物生成黄色或棕色的斑点，但不是发生化学反应，一旦离开碘蒸汽，斑点就消失，纸色层与薄层色谱都可用。或用1%乙醇或0.5%氯仿的碘溶液。2.荧光法：在紫外灯下（254、365nm）下发生荧光。苯系：有荧光，而则没有荧光。有很弱的荧光。萘系：都有较强的荧光。NH2HOOCNH2HO3SNH2SO3HHO3SNH2SSJ酸荧光为蓝紫色R酸荧光为浅蓝色吐氏酸荧光为红紫色N,W酸荧光为暗蓝色蒽醌磺酸1-蒽醌磺酸 黄荧光2-蒽醌磺酸 蓝绿色1,6二蒽醌磺酸 黄绿色硝基化合物能消灭荧光，（在紫外灯下是棕黑色的点）黄曲霉素B1（致癌）有蓝紫荧光。O

16、OOOOOCH33.高锰酸钾氧化法（用1%的高锰酸钾溶液，2%Na2CO3或0.3N H2SO4酸，只适用于薄层色谱）适用于糖类，醇类。结果是红颜色的底上有黄色的点，（高锰酸钾消耗后红色褪去）4.指示剂法 酸碱物质都可用指示剂 例：溴甲酸绿 PH=3.85.4 由 黄 蓝（一般0.03%溴甲酸绿的乙醇或甲醇溶液，再加几滴稀NaOH，以 保持指示剂为蓝色，用后得到蓝纸黄斑点）。用时应把展开剂赶净，房间内算起不能有。混合指示剂（为了缩短PH范围，提高灵敏度）甲基橙 PH 3.1 红 4.4黄 加入蓝色染料 红蓝 橙蓝 黄蓝 紫 灰 绿 应注意加入蓝色染料，本身对PH不应太敏感。再如：溴甲酸绿 3.

17、8（黄）5.4（蓝）甲基红 4.2（红）橙 6.2（黄）猩红 灰（5.1）绿5.硝酸银法（也是氧化剂）5%AgNO3+10%NH4OH适用于有还原性物质，生成棕黑色斑点。如：活性基的就可用硝酸银显色。6.化学特性反应（官能团反应时再讲）7.无机、金属离子的显色 Ni、Co、Cu、Fe的氯化物展开，（丙酮 6N HCl=19 1）Rf关系Ni CoCuFe 显色剂用红氨酸显色，Ni（蓝）Co（黄棕）Cu（橄榄绿）NNNOHHOOH氨基指示剂对二甲氨基苯甲醛（埃利希试剂）配制：一克样品+95ml乙醇+5ml HCl可与芳胺反应生成希夫氏碱 一个NH2显黄色，两个NH2，间位显橙色，对位显红色。灵敏

18、度0.21mg。(H3C)2NCHO H2N ArH(H3C)2NCHN Ar+纸色谱展开剂各类染料应用举例1.酸性染料 酸性染料常含有一个或几个磺酸基，使强极性化合物，当用没有预处理的纸时，常用极性较大的酸性展开剂水溶液。正丁醇 醋酸 水=2 1 5（1 1 1）醋酸 浓盐酸 水=200 1 30 2%盐酸 25%乙醇 25%氨水=1 1 正丁醇 吡啶 水=3 1 12.直接染料 直接染料对纸的直接性较大，拖尾长，一般用于处理纸或选择适当的展开剂，效果较好。纸用7.5mL甲酰胺和142.5mL乙醇预处理，或用正十六醇，2%乙醇处理。展开剂：乙酸乙酯 吡啶 水=3 4 3 正戊醇 吡啶 25%

19、氨水=1 1.3 1 正丁醇 吡啶 25%氨水=2 1 2 正丁醇 乙醇 水=3 1 1 正丁醇 浓氨水=2 1 正丁醇 吡啶 水=5 3 3.活性染料 活性染料分子结构中含有极性很强的水溶性基团，所以应当选择极性较强的展开剂。另一方面，因为染料的结构上带有可以被碱剂反应的基团，因此尽量避免采用碱性强的展开剂。正丁醇 醋酸 水=2 1 5；4 1 5；16 4 1；16 14 9丁醇 DMF 水 冰醋酸=10 3 11 2正丙醇 醋酸 水=5 2 3正丁醇 水 DMF=11 11 3正丁醇 吡啶 水 氨水=4 5 4 14.分散染料分散染料不溶于水，所以采用逆相层析比较好，即用溴代萘浸纸（溴代

20、萘10%甲醇或丙酮液）用含水的极性溶剂作展开剂。所得斑点集中，呈圆形。溴萘/6080%乙醇；溴萘/6080%乙酸 溴萘/6080%吡啶 水=1 3（偶氮型）甲酸 乙酸 水=9 9 2 甲酸 水 醋酸=14 20 1（8 1 1）分散染料丁醇 醋酸 水=4 1 5（上层液）环己烷 甲酸 水=4 3 1（上层液）苯 环己烷 甲酸=1 1 1石油醚（90%）乙酸乙酯=2 1丁醇 HCl=4 15.阳离子染料在碱性介质中进行色层分离是有利的。2.5%月桂醇溶液浸纸 甲醇 氨水=1 1 乙醇 氨水=1 1 乙醇 1N盐酸=1 1甲醇 醋酸 水=2 1 1（4 2 1）甲醇 氨水 水=63 40 77乙酸

21、乙酯 石油醚吡啶 氨水 水（各种配比）6.金属络合染料金属络合物易溶于水、酸、醇及吡啶等极性溶剂中，而不溶于有机溶剂中。12%吡啶 正丁醇 吡啶 水=5 3 5（3 1 1）醋酸乙酯 醋酸丁酯 醋酸 水=1 7 2 4 60%醋酸（分离1 1的金属络合染料）60%醋酸（用乙酰化纸分离2 1金属络合染料）正丁醇 醋酸 水=2 1 5 2%HCl7.可溶性还原性染料25%氨水 甲醇 水=1 2 3吡啶 异戊醇 25%氨水=1.3 1 1甲醇 醋酸 水=4 1 18.可溶性硫化染料吡啶 正丁醇 水=2 1 1（3 1 1）吡啶 醋酸乙酯=1 1（2 1）吡啶 苯 醋酸乙酯=2 2 19.还原染料 还

22、原染料纸上层析分离一般都是将染料转变为隐色体，然后进行 展开。保险粉 水 4N NaOH 吡啶=10g 80 10 10（在氮气保护下）一种简单的还原染料上层析方法，所用展开剂新鲜配制。蒸馏水 32mL 土耳其红油（1%溶液）48mL 35%NaOH 4mL 保险粉（工业品）4g 吡啶 16mL二.薄层色谱2.1概述薄层色谱简写作TLC（Thin Layer Chromatography)它是在吸附色谱的基础上发展起来的。薄层色谱与纸色谱同为平床色谱，但它与后者相比有以下优点：（1）分离迅速，一般分离仅需1560min，而纸色谱一般 要几小时或更多时间；（2）分离效率高，可使性质类似的化合物，

23、如同系物异 构体等得到分离；分离效率比纸色谱高，其有效塔板数（N/L）要比柱层析高10100倍。（3）灵敏度高，一般比纸色谱高10100倍，检出灵敏度有时可达0.01g的物质；（4）可用腐蚀性显色剂显色，：硫酸等，还可以在高温下烘烤；（5）用作制备及定量分析，比纸色谱方便，而且有效。2.2基本原理 薄层色谱的原理与柱色谱及纸色谱的基本原理相同，包括有吸附、分配、离子交换、透析等作用，既有物理作用，兼有某些化学作用，并不是一种单一的机制。但对不同的色谱方法来说，总有一种占主要地位；移动相是液体，固定相是固体时，吸附和解吸附占主要地位；移动相和固定相都是液体的薄层色谱，则分配规律占主导地位。吸附剂

24、（1）比表面积大，一般是内部多孔的细颗粒状固体物质；（2）具有吸附的可逆性，即物质吸附后又容易用溶剂把它从表面解析下来；（3）具有一定的机械强度和化学稳定性，在展开剂中不溶解，对被分离物质不起破坏或分解作用；（4）为了便于观察层析结果，一般是白色固体。我国青岛海洋化工厂及浙江黄岩化工厂均生产有薄层色谱用硅胶。以青岛的产品为例，其规格如下：硅胶G（含石膏13%）；硅胶GF254（含石膏13%及荧光剂）硅胶GF365(含石膏13%及荧光剂）硅胶H（不含粘合剂和荧光剂）硅胶HF254(不含粘合剂，含荧光剂）硅胶HF365（不含粘合剂，含荧光剂）。荧光剂有两种，在254nm紫外光下能发出绿色荧光的是3

25、%锰激活的硅酸锌（ZnSiO4 Mn)；层析后在绿色荧光底上样品呈暗紫色斑点。激发波长为365nm的是用银激活的硫化锌、硫化镉（ZnS、CdS Ag）铺层（湿法和干法）湿法铺层条件及方法 类别吸附剂 水粘合剂活化硅胶G硅胶H氧化铝G氧化铝-淀粉硅胶硅胶-淀粉硅藻土纤维素聚酰胺1 231 231 21 21 21 21 21 5溶于5%甲酸，加70%乙醇不加加不加不加加0.7%CMC不加不加不加不加110，0.5h以上110，0.5h以上250，4h以上（II）150，4h（IIIII）110，0.5h110,0.5h105,0.5h105,0.5h105,0.5h80,15min活化硅胶及氧化

26、铝等吸附颗粒表面活性剂多孔结构里孔的表面有吸附物质的能力，也能可逆的吸附水分；如果吸附了水，那么吸附其他物质的能力就降低。所以，吸附剂的吸附能力与他们吸附的水量有关所谓活化就是指它们在一定的温度下烘烤以除去吸附的水而言。硅胶薄层一般在105110 活化3060min；氧化铝薄层如果不加粘合剂，活化温度可达150 左右。展开剂的选择 一个层析条件的建立必须考虑三方面的因素：被分离物质的性质性质、吸附剂的活性及展开剂的极性。三者相互联系而有相互制约的关系可用下图来说明。在一个圆盘上，有三种刻度，分别代表物质的极性（极性 非极性）吸附剂的活性（活性最大的I 级到活性最小的V 极）和展开剂的极性（极性

27、 非极性）。活性、固定相非活性、移动相非极性极性非极性极性（亲脂）（亲水）（亲脂）（亲水）、分离的混合物溶剂 圆盘中心有一个可转动的正三角形指针，如A转向非极性物质，则B选用I级的吸附剂，C就指向选用非极性展开剂。如转到另一位置，则又是另一种情况。三种因素相互联系又相互制约，其中被分离物质的性质是首要因素，据此考虑选择吸附剂的活性和展开剂。显层检出1.物理检出法常用的物理检出法为荧光法。2.化学检出法 化学检出法是基于使用一种或多种化学试剂使无色化合物显色，这些试剂称为显色剂。3.生物化学法薄层色谱展开剂各类染料应用举例1.分散染料 偶氮型的分散染料采用硅胶板，蒽醌型最好用氧化铝。硅胶G 氯仿

28、 丙酮=9 1 硅胶G 苯 丙酮=9 1 硅胶G 甲苯 醋酸=85 15 硅胶G 苯 氯仿 丙酮=5 2 1 硅胶G 甲苯 丙酮=20 12.阳离子染料苯 甲苯=9 1 硅胶G氯仿 甲醇=8 1 硅胶G硅胶G 正丁醇 乙醇 水=9 1 1硅胶G 丁醇 醋酸 水=4 1 5硅胶G 丁酮 醋酸 异丙醇=2 2 1硅胶G 丙醇 甲酸=8 2 氧杂蒽系偶氮型三苯甲烷系3.酸性染料硅胶G 正丁醇 醋酸乙酯 水=6 1 3硅胶G 正丁醇 吡啶 水 氨水=4 5 4 1硅胶G 醋酸乙酯 吡啶 水=6 3 1BaSO4 DMF 水=3 4硅胶 丁醇 氨水=9 14.活性染料 硅胶 丁醇 醋酸 水=16 5 1

29、5（16 14 9）硅胶 丁醇 水 DMF=11 11 3 硅胶G 正丙醇 醋酸乙酯 水=6 1 3 硅胶G 正丁醇 吡啶 水 氨水（浓）=5 5 3 2 （4 5 4 1）硅胶G 吡啶 正戊醇 氨水（浓）=1.1 1 15.直接染料 氧化铝 乙酸 水（各种比例）硅胶G 醋酸乙酯 吡啶 水=30 45 25氧化铝G 硅胶G 正丙醇 氨水 水=2 1 1（上层液）硅胶G 正丁醇 水 氨水=2 1 1（上层液）6.金属络合染料 硅胶G 苯 醋酸=4 1 硅胶G 氯仿 醋酸=9 1 聚酰胺 甲醇 水 氨水（浓）=80 16 4 聚酰胺 甲醇 氨水（浓）=95 5 硅胶G 正丁醇 丁醇 2N氨水=60 20 20