Language
Country/Area
No result found
الفثالوسيانين والمجمعات المعدنية: كيف تجعل بحثك يصنع المعجزات؟
الفثالوسيانين (H2Pc) هو مركب عضوي حلقي كبير عطري له الصيغة الجزيئية (C8H4N2)4H2. لقد أثار هذا المركب اهتمامًا احترافيًا في مجالات الأصباغ الكيميائية والالكترونيات البصرية لأن بنيته الفريدة وخصائصه الإلكترونية تمنحه قيمة تطبيقية محتملة. يتكون الفثالوسيانين من أربع وحدات إيزوإندول متصلة بحلقة ذرة نيتروجين. يتمتع ببنية هندسية ثنائية الأبعاد ونظام حلقي مكون من 18 إلكترون باي، مما يجعل إزالة حساسيته للإلكترونات ممتازة للغاية.
"بسبب التوزيع الواسع النطاق لإلكترونات π، فإن الفثالوسيانينات تصلح للتطبيق في الأصباغ والألوان."
تعتبر المجمعات المعدنية، وخاصة تلك المشتقة من الفثالوسيانينات (مثل MPc)، ذات قيمة كبيرة في التحفيز والخلايا الشمسية العضوية والعلاج الضوئي الديناميكي. وتلعب خصائص هذه المجمعات المعدنية دوراً هاماً في البحث.
الخصائص الأساسية للفثالوسيانين
غالبًا ما تتجمع الفثالوسيانينات ومجمعاتها المعدنية وبالتالي يكون لها قابلية ذوبان منخفضة في المذيبات الشائعة. على سبيل المثال، عند 40 درجة مئوية، يمكن إذابة أقل من مليجرام واحد من H2Pc أو CuPc في البنزين لكل لتر من الماء. ومع ذلك، عند وجودها في حمض الكبريتيك، تتحسن قابلية ذوبان H2Pc وCuPc بشكل كبير بسبب بروتونات ذرات النيتروجين. تتمتع العديد من مركبات الفثالوسيانين بميزة الاستقرار الحراري. فالعديد منها لا يذوب بل يتسامى. ويتسامى الفثالوسيانين النحاسي في بيئة غاز خامل تزيد درجة حرارته عن 500 درجة مئوية.
"تمتص الفثالوسيانينات غير المستبدلة الضوء بقوة بين 600 و700 نانومتر، مما يعطي هذه المواد اللون الأزرق أو الأخضر."
يمكن للتعديل تحويل نطاق امتصاص الضوء إلى أطوال موجية أطول، وتغيير اللون من الأزرق النقي إلى الأخضر، أو حتى عديم اللون (عندما يدخل طول موجة الامتصاص إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة). تمكن هذه التعديلات من ضبط الخصائص الكهروكيميائية للجزيئات، مما يؤثر على أطوال موجات الامتصاص والانبعاث والتوصيل الكهربائي.
الخلفية التاريخيةفي وقت مبكر من عام 1907، أبلغ العلماء لأول مرة عن مركب أزرق خاص، والذي تم تحديده فيما بعد على أنه فثالوسيانين. في عام 1927، اكتشف باحثون سويسريون عن طريق الصدفة فثالوسيانين النحاس ومركبات مماثلة أخرى أثناء تحويل ثنائي بروموبنزين إلى فينيل يورانيتريل. وقد أعربوا عن دهشتهم من استقرار هذه المركبات، لكنهم لم يصفوها بشكل أعمق. وفي عام 1934، نجح السير باتريك لينستيد أخيراً في تحديد الخصائص الكيميائية والبنيوية لفثالوسيانين الحديد.
طريقة التوليف
يتكون الفثالوسيانين عن طريق التترامير الحلقي لمشتقات حمض الفثاليك المختلفة، بما في ذلك نتريل فينيل يوريا، وثنائي أمينو إيزو فينيلين، وأنهيدريد الفثاليك، ومركبات اليوريا الفثاليكية. ويعتبر تسخين أنهيدريد الفثاليك في وجود اليوريا أيضًا طريقة فعالة. وقد أدى الجمع بين هذه العمليات إلى إنتاج ما يقرب من 57 ألف طن من مركبات الفثالوسيانين المختلفة في عام 1985. وفي مجال البحث العلمي، يعد إنتاج الفثالوسيانينات المعدنية محل اهتمام أكبر لأنه يوفر المزيد من التطبيقات وآفاق البحث.
"إن معالجة CuPc في الطور الكلوري أو البرومي أو الزيتي تنتج كلوريد ومشتقات مسلفنة مهمة تجارياً كصبغات."
مجالات التطبيق
عندما تم اكتشاف الفثالوسيانين لأول مرة، كانت استخداماته تقتصر في المقام الأول على الأصباغ والألوان. من خلال تغيير البدائل المرتبطة بالحلقة الطرفية، يمكن تعديل خصائص الامتصاص والانبعاث للفثالوسيانين للحصول على صبغات وأصباغ بألوان مختلفة. مع تعميق البحث، توسعت مجالات تطبيق H2Pc وMPc تدريجيًا إلى الطاقة الكهروضوئية، والعلاج الضوئي الديناميكي، وتصنيع البنية النانوية، والتحفيز وغيرها من المجالات. يتم استخدام MPc كمُستقبل ومُتبرع فعال للإلكترونات بسبب خصائصه الكهروكيميائية الممتازة، وبالتالي فإن كفاءة تحويل الطاقة للخلايا الشمسية العضوية القائمة على MPc لم تصل إلى أقل من 5%.
"تم تطوير الفثالوسيانينات المصنوعة من السيليكون والزنك كمواد مسببة للحساسية للضوء لعلاج السرطان بطريقة غير جراحية."
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت العديد من أنواع ميتالوفثالوسيانين القدرة على تكوين هياكل نانوية لها تطبيقات محتملة في الإلكترونيات وأجهزة الاستشعار الحيوية. حتى أن الفثالوسيانين يستخدم في بعض أقراص DVD القابلة للتسجيل.
المركبات ذات الصلة
الفثالوسيانين يشبه هيكليًا الحلقات الكبيرة الرباعية البيرلية الأخرى مثل البورفيرينات والبورفيرولات، مع أربع وحدات شبيهة بالبيرول مرتبطة لتشكيل حلقة مكونة من 16 عضوًا مع ذرات كربون ونيتروجين متناوبة. تتضمن المتغيرات البنيوية ذات الصلة بالفثالوسيانين النفتالوسيانين وما شابه ذلك. ترتبط حلقة البيرول في الفثالوسيانين ارتباطًا وثيقًا ببنية الأيزواندول. يمكن أن تعمل كل من البورفيرينات والفثالوسيانينات كربيطات ثنائية الأيونات رباعية الأسنان مستوية تربط المعادن عبر أربعة مراكز نيتروجينية متجهة إلى الداخل. تعتبر هذه المجمعات المعدنية مشتقات رسمية من الركيزة المترافقة للفثالوسيانين.
الفثالوسيانين القابل للذوبان
على الرغم من أن الفثالوسيانينات القابلة للذوبان ذات قيمة محدودة في التطبيقات العملية، فقد تم تصنيعها بنجاح. ومن خلال إضافة مجموعات ألكيل طويلة السلسلة، يصبح أكثر قابلية للذوبان في المذيبات العضوية. يمكن استخدام هذه المشتقات القابلة للذوبان في طلاء الدوران أو طلاء القطرات. ومن الممكن أيضًا أن يصبح قابلًا للذوبان في الماء عن طريق إضافة أيونات أو مجموعات محبة للماء. يمكن أيضًا استخدام التنسيق المحوري لتحسين قابلية الذوبان؛ على سبيل المثال، تمت دراسة وظيفة فثالوسيانين السيليكون باستخدام الربيطة المحورية على نطاق واسع.
السمية والمخاطر
لا يوجد حاليًا أي دليل مُبلغ عنه على السمية الحادة أو التسبب في السرطان لمركبات الفثالوسيانين. تبلغ الجرعة المميتة LD50 (الجرذان، عن طريق الفم) 10 جم/كجم، مما يدل على سمية بيولوجية منخفضة نسبيًا.
إن هذه الخصائص الممتازة والتطبيقات الواسعة جعلت الفثالوسيانين ومجمعاته المعدنية محل اهتمام واسع النطاق في البحث العلمي والصناعة، والإمكانيات في المستقبل غير محدودة. فهل يمكن لإمكانات الفثالوسيانين أن تفتح فصلاً جديداً في الابتكار التكنولوجي المستقبلي؟
