Language
Country/Area
No result found
Ftalocianina e complexos metálicos: como fazer sua pesquisa criar milagres?
A ftalocianina (H2Pc) é um grande composto orgânico macrocíclico aromático com a fórmula molecular (C8H4N2)4H2. Este composto despertou interesse profissional nas áreas de corantes químicos e optoeletrônica porque sua estrutura única e propriedades eletrônicas lhe conferem valor potencial de aplicação. A ftalocianina é composta de quatro unidades isoindol conectadas por um anel de átomo de nitrogênio. Ela tem uma estrutura geométrica bidimensional e um sistema de anel de 18 elétrons π, o que torna sua dessensibilização de elétrons extremamente excelente.
"Devido à extensa deslocalização dos elétrons π, as ftalocianinas se prestam a aplicações em corantes e pigmentos."
Complexos metálicos, especialmente aqueles derivados de ftalocianinas (como MPc), são muito valiosos em catálise, células solares orgânicas e terapia fotodinâmica. As propriedades desses complexos metálicos desempenham um papel importante na pesquisa.
Propriedades básicas da ftalocianina
As ftalocianinas e seus complexos metálicos frequentemente se agregam e, portanto, têm baixa solubilidade em solventes comuns. Por exemplo, a 40°C, menos de um miligrama de H2Pc ou CuPc pode ser dissolvido em benzeno por litro de água. Entretanto, quando em ácido sulfúrico, a solubilidade de H2Pc e CuPc é significativamente melhorada devido à protonação de átomos de nitrogênio. Muitos compostos de ftalocianina têm uma vantagem na estabilidade térmica. Muitos não derretem, mas sublimam. A ftalocianina de cobre sublima em um ambiente de gás inerte acima de 500°C.
"As ftalocianinas não substituídas absorvem fortemente a luz entre 600 e 700 nanômetros, o que dá a esses materiais uma cor azul ou verde."
A modificação pode deslocar a faixa de absorção de luz para comprimentos de onda maiores, mudando a cor de azul puro para verde, ou mesmo incolor (quando seu comprimento de onda de absorção entra na faixa do infravermelho próximo). Essas modificações permitem o ajuste das propriedades eletroquímicas das moléculas, afetando os comprimentos de onda de absorção e emissão e a condutividade elétrica.
Contexto históricoJá em 1907, os cientistas relataram pela primeira vez um composto azul especial, que mais tarde foi identificado como ftalocianina. Em 1927, pesquisadores suíços descobriram acidentalmente ftalocianina de cobre e outros compostos semelhantes ao converter o-dibromobenzeno em fenilureanitrila. Eles ficaram surpresos com a estabilidade desses compostos, mas não os caracterizaram mais detalhadamente. Em 1934, Sir Patrick Linstead finalmente estabeleceu as propriedades químicas e estruturais da ftalocianina de ferro.
Método de síntese
A ftalocianina é formada pela ciclotetramerização de vários derivados do ácido ftálico, incluindo fenilureia nitrila, diaminoisofenileno, anidrido ftálico e compostos de ureia ftálico. Aquecer anidrido ftálico na presença de ureia também é um método eficaz. A combinação desses processos resultou na produção de aproximadamente 57.000 toneladas de vários compostos de ftalocianina em 1985. Na pesquisa, a produção de ftalocianinas metálicas é de maior interesse porque oferece mais aplicações e perspectivas de pesquisa.
"O tratamento de CuPc com cloro, bromo ou fase oleosa produz cloreto e derivados sulfonados que são comercialmente importantes como corantes."
Áreas de aplicação
Quando a ftalocianina foi descoberta, seus usos eram limitados principalmente a corantes e pigmentos. Ao alterar os substituintes ligados ao anel periférico, as propriedades de absorção e emissão da ftalocianina podem ser ajustadas para obter corantes e pigmentos de cores diferentes. Com o aprofundamento da pesquisa, as áreas de aplicação de H2Pc e MPc se expandiram gradualmente para energia fotovoltaica, terapia fotodinâmica, fabricação de nanoestruturas, catálise e outros campos. O MPc é usado como um doador e aceptor de elétrons eficiente devido às suas excelentes propriedades eletroquímicas, de modo que a eficiência de conversão de energia das células solares orgânicas baseadas em MPc atingiu nada menos que 5%.
"As ftalocianinas de silício e zinco foram desenvolvidas como fotossensibilizadores para tratamento não invasivo do câncer."
Além disso, várias metaloftalocianinas demonstraram a capacidade de formar nanoestruturas que têm aplicações potenciais em eletrônica e biossensores. A ftalocianina é usada até mesmo em alguns DVDs graváveis.
Compostos relacionados
A ftalocianina é estruturalmente semelhante a outros macrociclos tetrapirrólicos, como porfirinas e porfirroles, com quatro unidades semelhantes ao pirrol ligadas para formar um anel de 16 membros com átomos de carbono e nitrogênio alternados. Variantes estruturais relacionadas à ftalocianina incluem naftalocianina e similares. O anel pirrol na ftalocianina está intimamente relacionado à estrutura do isoindol. Tanto as porfirinas quanto as ftalocianinas podem atuar como ligantes dianiônicos tetradentados planares que se ligam a metais por meio de quatro centros de nitrogênio voltados para dentro. Esses complexos metálicos são formalmente derivados do substrato conjugado da ftalocianina.
Ftalocianina solúvel
Embora as ftalocianinas solúveis tenham valor limitado em aplicações práticas, elas foram sintetizadas com sucesso. Ao adicionar grupos alquil de cadeia longa, ele se torna mais solúvel em solventes orgânicos. Esses derivados solúveis podem ser usados para revestimento por centrifugação ou revestimento por gota. Ao introduzir íons ou grupos hidrofílicos, ele também pode ser tornado solúvel em água. A coordenação axial também pode ser usada para melhorar a solubilidade; por exemplo, a funcionalização da ftalocianina de silício com ligantes axiais tem sido amplamente estudada.
Toxicidade e perigos
Atualmente não há evidências relatadas de toxicidade aguda ou carcinogenicidade de compostos de ftalocianina. Sua DL50 (rato, oral) é de 10 g/kg, apresentando toxicidade biológica relativamente baixa.
Essas excelentes propriedades e amplas aplicações tornaram a ftalocianina e seus complexos metálicos amplamente utilizados na pesquisa científica e na indústria, e as possibilidades no futuro são ilimitadas. Então, o potencial da ftalocianina pode abrir um novo capítulo na futura inovação tecnológica?
