Фталоцианин ( H
2Рс ) является большим, ароматическим , макроциклическим , органическим соединением с формулой (С
8ЧАС
4N
2)
4ЧАС
2 и представляет теоретический или специализированный интерес в области химических красителей и фотоэлектричества.
Имена | |
---|---|
Другие названия
| |
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) | |
ЧЭБИ | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100,008,527 |
PubChem CID | |
UNII | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
Характеристики | |
C 32 H 18 N 8 | |
Молярная масса | 514,552 г · моль -1 |
Опасности | |
Пиктограммы GHS | [1] |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Он состоит из четырех изоиндольных звеньев [а], связанных кольцом из атомов азота. (C
8ЧАС
4N
2)
4ЧАС
2= H
2Pc имеет двумерную геометрию и кольцевую систему, состоящую из 18 π-электронов . Обширная делокализация π-электронов придает молекуле полезные свойства, что позволяет использовать ее в красителях и пигментах. Комплексы металлов, полученные из ПК2−
, сопряженная база H
2Pc ценны в катализе , органических солнечных элементах и фотодинамической терапии .
Характеристики
Фталоцианин и производные комплексы металлов (MPc) имеют тенденцию к агрегированию и, таким образом, имеют низкую растворимость в обычных растворителях. [3] Бензол при 40 ° C растворяет менее миллиграмма H.
2ПК или CuPc на литр. ЧАС
2Pc и CuPc легко растворяются в серной кислоте из-за протонирования атомов азота, соединяющих пиррольные кольца. Многие фталоцианиновые соединения термически очень стабильны и не плавятся, но могут быть сублимированы . CuPc сублимируется при температуре выше 500 ° C в инертных газах ( азот , CO
2). [4] Замещенные фталоцианиновые комплексы часто имеют гораздо более высокую растворимость. [5] Они менее термостабильны и часто не могут быть сублимированы. Незамещенные фталоцианины сильно поглощают свет от 600 до 700 нм , поэтому эти материалы имеют синий или зеленый цвет. [3] Замена может сдвинуть поглощение в сторону более длинных волн, изменяя цвет с чистого синего на зеленый и бесцветный (когда поглощение находится в ближней инфракрасной области ).
Существует множество производных исходного фталоцианина, в которых либо атомы углерода макроцикла заменены на атомы азота, либо периферические атомы водорода замещены функциональными группами, такими как галогены , гидроксильные , аминные , алкильные , арильные , тиоловые , алкокси- и нитрозильные группы. Эти модификации позволяют настраивать электрохимические свойства молекулы, такие как длины волн поглощения и излучения и проводимость. [6]
История
В 1907 году было сообщено о неидентифицированном синем соединении, известном как фталоцианин. [7] В 1927 году швейцарские исследователи интуитивно обнаружили фталоцианин меди, медь нафталоцианин и меди octamethylphthalocyanine в попытке конверсии о -dibromobenzene в фталонитрила . Они отметили огромную стабильность этих комплексов, но не дали их дальнейшей характеристики. [8] В том же году фталоцианин железа был обнаружен в компании Scottish Dyes of Grangemouth , Шотландия (позже ICI ). [9] Только в 1934 году сэр Патрик Линстед охарактеризовал химические и структурные свойства фталоцианина железа. [10]
Синтез
Фталоцианин образуется в результате циклотетрамеризации различных производных фталевой кислоты , включая фталонитрил , дииминоизоиндол , фталевый ангидрид и фталимиды . [11] В качестве альтернативы, нагревание фталевого ангидрида в присутствии мочевины дает H
2ПК . [12] Используя такие методы, в 1985 году было произведено около 57 000 тонн (63 000 британских тонн) различных фталоцианинов. [12]
Чаще синтезируется MPc, а не H
2ПК из-за большего исследовательского интереса к первому. Для получения этих комплексов синтез фталоцианина проводят в присутствии солей металлов. Два фталоцианина меди показаны на рисунке ниже.
Галогенированные и сульфированные производные фталоцианинов меди имеют важное коммерческое значение в качестве красителей. Такие соединения получают путем обработки CUPC с хлором , бромом или олеума .
Приложения
При первоначальном открытии ПК его использование в основном ограничивалось красителями и пигментами. [13] Модификация заместителей, присоединенных к периферийным кольцам, позволяет настраивать абсорбционные и эмиссионные свойства Pc для получения красителей и пигментов различного цвета. С тех пор были проведены значительные исследования H 2 Pc и MPc, что привело к широкому спектру приложений в таких областях, как фотовольтаика , фотодинамическая терапия , конструирование наночастиц и катализ. [14] Электрохимические свойства MPc делают их эффективными донорами и акцепторами электронов. В результате были разработаны органические солнечные элементы на основе MPc с эффективностью преобразования энергии не более 5%. [15] [16] Кроме того, MPcs использовались в качестве катализаторов окисления метана, фенолов, спиртов, полисахаридов и олефинов; MPcs также могут быть использованы для катализирования образования связи C – C и различных реакций восстановления. [17] Фталоцианины кремния и цинка были разработаны в качестве фотосенсибилизаторов для неинвазивного лечения рака. [18] Различные MPcs также продемонстрировали способность формировать наноструктуры, которые могут иметь потенциальное применение в электронике и биодатчиках . [19] [20] [21] Фталоцианин также используется на некоторых записываемых DVD. [22]
Токсичность и опасности
Нет данных об острой токсичности или канцерогенности фталоцианиновых соединений. В LD 50 (крысы, оральные) составляет 10 г / кг. [12]
Родственные соединения
Фталоцианины структурно связаны с другими тетрапиррольными макроциклами, включая порфирины и порфиразины . Они имеют четыре пиррола -подобных субъединиц , связанные с образованием 16 - членного внутреннего кольца , состоящее из переменного углерода и атомов азота. Структурно более крупные аналоги включают нафталоцианины . Пирролоподобные кольца внутри H
2Pc тесно связаны с изоиндолом . И порфирины, и фталоцианины действуют как плоские тетрадентатные дианионные лиганды, которые связывают металлы через четыре выступающих внутрь азотных центра. Такие комплексы формально производные Pc 2- , тем сопряженное основание из H
2ПК .
Сноски
- ^ Одна « изоиндольная единица» - это C
8ЧАС
4N
2; четыре в конфигурации с азотным кольцом сокращенно обозначаются символом Pc = (C
8ЧАС
4N
2)
4 .
Рекомендации
- ^ "Пигмент синий 16" . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Pubchem. США Национальный институт здоровья . Архивировано 07 ноября 2017 года . Проверено 8 апреля 2018 .
- ^ Яннуцци, Марселла; Тран, Фабьен; Видмер, Роланд; Динел, Томас; Радикан, Кевин; Дин, Юнь; Хаттер, Юрг; Грёнинг, Оливер (2014). «Сайт-селективная адсорбция фталоцианина на наномешах h-BN / Rh (111)» . Физическая химия Химическая физика . 16 (24): 12374–12384. Bibcode : 2014PCCP ... 1612374I . DOI : 10.1039 / C4CP01466A . PMID 24828002 .
- ^ а б Гани, Фатемех; Кристен, Джулиана; Риглер, Ганс (2012-02-09). «Свойства растворимости незамещенных фталоцианинов металлов в различных типах растворителей». Журнал химических и технических данных . 57 (2): 439–449. DOI : 10.1021 / je2010215 . ISSN 0021-9568 .
- ^ Вагнер, Ханс Дж .; Loutfy, Rafik O .; Сяо, Чэн-Куо (1982-10-01). «Очистка и характеристика фталоцианинов». Журнал материаловедения . 17 (10): 2781–2791. Bibcode : 1982JMatS..17.2781W . DOI : 10.1007 / bf00644652 . ISSN 0022-2461 . S2CID 96336392 .
- ^ Немыкин, Виктор Н .; Лукьянец, Евгений А. (18.02.2010). «Синтез замещенных фталоцианинов» . Arkivoc . 2010 (1): 136. DOI : 10,3998 / ark.5550190.0011.104 . hdl : 2027 / spo.5550190.0011.104 .
- ^ Силы, ПФ; Hahn, T .; Salvan, G .; Knupfer, M .; Zhu, F .; Зан, DRT; Шмидт, О.Г. (21.04.2016). «Настраиваемые свойства переноса заряда в гетеропереходах металл-фталоцианин» . Наноразмер . 8 (16): 8607–8617. Bibcode : 2016Nanos ... 8.8607S . DOI : 10.1039 / c5nr08671j . ISSN 2040-3372 . PMID 27049842 .
- ^ Браун, А .; Черняк, Дж. (1907). "Uber die Produkte der Einwirkung von Acetanhydrid auf Phthalamid" [О продуктах реакции уксусного ангидрида с фталамидом]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 40 (2): 2709–2714. DOI : 10.1002 / cber.190704002202 . Архивировано 16 сентября 2017 года . Проверено 15 сентября 2015 .
- ^ де Дисбах, Анри; фон дер Вейд, Эдмонд (1927). "Quelques sels complex des o -dinitriles avec le cuivre et la pyridine" [Некоторые комплексные соли о -динитрилов с медью и пиридином]. Helvetica Chimica Acta (на французском языке). 10 : 886–888. DOI : 10.1002 / hlca.192701001110 .
- ^ «Открытие нового пигмента: история монастрального синего от Imperial Chemical Industries» . colorantshistory.org . Архивировано 25 июля 2009 года . Проверено 18 января 2010 .
- ^ Линстед, РП (1934-01-01). «212. Фталоцианины. Часть I. Новый тип синтетических красящих веществ». Журнал химического общества . (возобновлено). 0 : 1016. DOI : 10.1039 / jr9340001016 . ISSN 0368-1769 .
- ^ Сакамото, Кейчи; Оно-Окумура, Эйко (28 августа 2009 г.). «Синтезы и функциональные свойства фталоцианинов» . Материалы . 2 (3): 1127–1179. Bibcode : 2009Mate .... 2.1127S . DOI : 10,3390 / ma2031127 . PMC 5445737 .
- ^ а б в Лёбберт, Герд. «Фталоцианины». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a20_213 .
- ^ Дален, Майлз А. (1939-07-01). «Фталоцианины: новый класс синтетических пигментов и красителей». Промышленная и инженерная химия . 31 (7): 839–847. DOI : 10.1021 / ie50355a012 . ISSN 0019-7866 .
- ^ Claessens, Christian G .; Хан, Уве; Торрес, Томас (2008). «Фталоцианины: от выдающихся электронных свойств до новых приложений». Химический отчет . 8 (2): 75–97. DOI : 10.1002 / tcr.20139 . ISSN 1528-0691 . PMID 18366105 .
- ^ Кумар, Чаллури Виджай; Сфыри, Грузия; Раптис, Димитриос; Стататос, Элиас; Лианос, Панайотис (10 декабря 2014 г.). «Перовскитовый солнечный элемент с дешевым Cu-фталоцианином в качестве материала для переноса дырок» . RSC Advances . 5 (5): 3786–3791. DOI : 10.1039 / c4ra14321c . ISSN 2046-2069 . S2CID 84832945 .
- ^ Yuen, Avery P .; Йованович, Стивен М .; Хор, А-Ми; Кленклер, Ричард А .; Девеньи, Габриэль А .; Loutfy, Rafik O .; Престон, Джон С. (2012). «Фотоэлектрические свойства органических солнечных элементов М-фталоцианин / фуллерен». Солнечная энергия . 86 (6): 1683–1688. Bibcode : 2012SoEn ... 86.1683Y . DOI : 10.1016 / j.solener.2012.03.019 .
- ^ Сорокин, Александр Борисович (09.10.2013). «Металлокомплексы фталоцианинов в катализе». Химические обзоры . 113 (10): 8152–8191. DOI : 10.1021 / cr4000072 . ISSN 0009-2665 . PMID 23782107 .
- ^ Miller, J .; Baron, E .; Scull, H .; Hsia, A .; Berlin, J .; Mccormick, T .; Colussi, V .; Kenney, M .; Купер, К. (2007). «Фотодинамическая терапия с фталоцианиновым фотосенсибилизатором Pc 4: практический опыт доклинических механистических и ранних клинико-трансляционных исследований» . Токсикология и прикладная фармакология . 224 (3): 290–299. DOI : 10.1016 / j.taap.2007.01.025 . PMC 2128784 . PMID 17397888 .
- ^ Каран, Сантану; Basak, Dhrubajyoti; Маллик, Бисванат (2007). «Наночастицы и наноцветки фталоцианина меди». Письма по химической физике . 434 (4–6): 265–270. Bibcode : 2007CPL ... 434..265K . DOI : 10.1016 / j.cplett.2006.12.007 .
- ^ ван Керен, Эдвард; Кость, Алисия; Ма, Чанбао (01.06.2008). «Образование наночастиц фталоцианина в перенасыщенных растворах». Ленгмюра . 24 (12): 6079–6084. DOI : 10.1021 / la800290s . ISSN 0743-7463 . PMID 18479155 .
- ^ Локеш, К.С.; Shivaraj, Y .; Даянанда, BP; Чандра, Судешна (2009). «Синтез наночастиц родия, стабилизированных фталоцианином, и их применение в биочувствительности цитохрома с». Биоэлектрохимия . 75 (2): 104–109. DOI : 10.1016 / j.bioelechem.2009.02.005 . PMID 19303822 .
- ^ "Мицуи Золотой Архив DVD-R и DVD + R" . www.conservationresources.com . Архивировано 26 ноября 2018 года . Проверено 13 апреля 2020 .
Внешние ссылки
- «Общество порфиринов и фталоцианинов» . spp-jpp.org .
- Оценка Wiki (21 марта 2006 г.) Генри Рзепа. Сэр Патрик Линстед: фталоцианины . Кафедра химии. ChemWiki (видео). Великобритания: Имперский колледж .
- «Журнал порфиринов и фталоцианинов» . worldscinet.com/jpp/ .
- «Открытие ICI Grangemouth» (видео) - через colorantshistory.org.