无论是西红柿的红、蛋黄的黄,还是胡萝卜的橙色,天然界的这些颜色都不是随便来的——他们一定来自于某个特殊的结构?
这些物质的有一个共性结构那就是双键。那么一个分子链中有几千个双键的天然橡胶,为什么几乎是无色的呢?
Sustain. Chem.2025, 6(3), 23; https:///10.3390/suschem6030023
天然色素如类胡萝卜素(carotenoids)、花青素(anthocyanins)、叶绿素(chlorophylls)都含有长链的连续 π 键(C=C 或 C=O),这些键形成了离域的 π 电子系统。
共轭链越长,能量差越小 → 吸收光的波长越长 → 从紫外进入可见光 → 人眼就能看到颜色。
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番茄红素(lycopene) 有 11 个连续共轭双键 → λ_max ≈ 472 nm → 呈红色
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β-胡萝卜素 有 9 个共轭双键 → λ_max ≈ 450 nm → 呈橙色
当对红色番茄红素 (C40H56) 进行彻底的催化氢化时,人们会得到分子式为 C40H82 的全水红素(又名“番茄红素”)—— 一种无色油。
颜料行业的知识告诉我们:无论是天然还是合成颜料,其显色机理大多依赖于分子内的共轭体系和电子跃迁原理。
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天然的花青素会因 pH 变化导致共轭体系结构调整,从而变色(紫→蓝→红)。
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无机颜料如氧化铁,虽不含 π 键,但颜色仍来自晶格能带的电子跃迁——原理不同,但效果相似。
塑料降解时的“黑纹黑点”,虽然和天然颜料不同,但过程很像:
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高温、氧化、剪切 → 分子链断裂或脱氢 → 双键暴露、连接 → 共轭链增长
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当这些共轭链长到能吸收可见光时,就会显色,甚至在局部集中显色成黑点。
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无共轭(1-丁烯) λ_max ≈ 176 nm(不可见)
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2 个双键共轭(1,3-丁二烯) λ_max ≈ 292 nm(仍在紫外)
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5–6 个双键共轭 → λ_max 接近 400 nm(黄变开始)
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10 个以上双键 → λ_max 进入 500–600 nm(橙红至深色)
这条曲线就像“滑梯”一样——共轭长度一旦滑入可见光区,颜色变化会非常明显。
天然界的显色是大自然的艺术,塑料中的显色却常常是制造的缺陷。但二者在化学机制上有惊人的相似之处:
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区别只在于,天然颜料是“设计好的”,而塑料中的共轭体系往往是“加工事故”制造的。
所以,如果你在注塑制品上看到黑点,不妨想一想:是不是你的产品在加工时“自己合成了颜料”?
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