염료의 분자구조

염료를 형성하는 분자는 방향족고리[芳香族環]를 포함하며, 주요 부분은 평면구조를 기본으로 하고 아조기(基) ·니트로기 ·니트로소기 ·카르보닐기 ·티오카르보닐기 ·에틸렌기 ·아세틸렌기 등 불포화결합을 가지는 을 하나 이상 포함한다. 일반적으로 이와 같은 원자단을 가지는 유기화합물은 원자단에 특유한 파장의 빛을 흡수하고, 보색(補色)이 그 물질의 색임을 육안으로 알 수 있다. 이와 같이 광선의 흡수를 일으키는 원자단을 발색단(發色團)이라고 한다. 발색단이 지방족 화합물에 붙어 있으면 가시광선의 흡수는 약하고, 방향족 화합물에 있으면 강력한 흡수를 한다. 염료분자의 기체가 방향족인 것은 이 때문이다.

일반적으로 물질의 색이 노랑에서 보라로 변하는 것을 색이 깊어진다고 하고, 그 반대를 색이 얕아진다고 하며, 색이 깊어지는 원인이 되는 원자단을 장파색단[深色團], 색이 얕아지는 원인이 되는 원자단을 단파색단[淺色團]이라고 한다. 또 발색단을 가지는 니트로벤젠 ·아조벤젠 ·안트라퀴논 등을 색원체(色原體)라 한다. 그러나 모든 색원체가 유색은 아니며, 또 섬유 등에 염착(染着)되는 성질이 있는 것은 아니다. 이 경우 산 ·알칼리와 화합하여 염을 만드는 성질을 가지는 다른 원자단을 색원체에 작용시키면 비로소 발색하고 염착성을 가지게 된다. 이와 같이 색원체에 염료로서 성질을 가지게 하는 원자단을 조색단(助色團)이라고 하는데, 수산기 ·술폰산기 ·아미노기 ·메틸아미노기 등이 있다. 조색단은 이러한 염착성의 촉진 외에 색조(色調)를 짙게 하는 작용도 가진다. 염료는 발색단과 조색단을 아울러 가지는 방향족 화합물 유도체이다. 염료가 섬유 등에 염착하는 메커니즘은 복잡하고, 또 아직 밝혀지지 않은 점도 많으나, 크게 나누어 다음과 같이 생각되고 있다.

⑴ 이온결합:견(絹) ·양모 ·나일론 등 아미드계 섬유에는 －COOH, －NH₂, －CONH 등 극성원자단이 있기 때문에 이들에 다음과 같이 해리(解離)된 염료이온이 이온결합하여 염착하는 경우이다.

           (X⁺, X^-는 이온화한 염료)

⑵ 수소결합:셀룰로오스계 섬유 내의 수산기와 염료 내의 아미노기 ·수산기 ·방향고리 사이에 일어나는 수소결합에 의한 염착 등이다. ⑶ 결합:셀룰로오스계 섬유와 염료의 분자가 평면구조를 취하기 때문에 잘 밀착하므로 염착한다. ⑷ 공유결합:염료 내의 반응성 기와 셀룰로오스 섬유 내의 수산기 사이에 에테르 결합을 만들어 염착하는 경우 등이다. 염료는 출발물질의 종류에 따라 천연염료와 합성염료로 나누어진다. 천연염료는 쪽 ·꼭두서니 ·심황 등의 식물성 염료와 코티닐 등의 동물성 염료로 대별된다. 이에 대하여 합성염료는 콜타르 등에 함유된 벤젠 ·나프탈렌 ·안트라센 등을 출발원료로 하여 순합성화학적으로 제조한 것으로, 20세기에 들어와서 천연염료의 분자구조가 해명되고, 또 이 발달함에 따라 이것을 합성하는 데 성공하여 합성염료가 천연염료를 대체하게 되었다.