Language
Country/Area
No result found
Загадочные синие химикаты: почему синие фталоцианиновые соединения такие особенные?
Фталоцианин (Pc) — крупное ароматическое циклическое органическое соединение с молекулярной структурой (C8H4N2)4H2, поэтому оно высоко ценится в области химических красителей и оптоэлектроники. Это соединение состоит из четырех изоиндольных единиц, соединенных кольцом атома азота. Благодаря обширной делокализации π-электронов фталоцианины проявляют множество полезных свойств и, таким образом, имеют большой потенциал для применения в красителях и пигментах. Фталоцианиновые соединения, полученные из комплексов металлов, широко используются в катализе, солнечных батареях и фотодинамической терапии. Несомненно, эти синие соединения вызвали интерес у ученых. Сколько неизвестных историй скрывается за ними?
Характеристики фталоцианина
Фталоцианин и его производные металлокомплексы (MPc) обычно агрегированы и поэтому имеют низкую растворимость в обычных растворителях. В процессе анализа его характеристик исследователи обнаружили, что:
«При 40°C бензол может растворить менее 1 мг H2Pc или CuPc».
Напротив, растворимость H2Pc и CuPc в серной кислоте значительно улучшается, что обусловлено протонированием атомов азота, что делает связь пиррольного кольца в их структуре более устойчивой. Большинство незамещенных фталоцианинов имеют очень высокую термическую стабильность и не плавятся, но могут сублимироваться. Среди них CuPc может сублимироваться выше 500°C в среде инертного газа. Замещенные фталоцианиновые комплексы, как правило, обладают более высокой растворимостью, хотя их термическая стабильность снижена.
Исторический контекст
История фталоцианиновых соединений восходит к 1907 году, когда впервые было сообщено о синем соединении. Только в 1927 году швейцарские исследователи случайно обнаружили фталоцианин меди в процессе превращения о-дибромбензола в цианистый бензил. Цианин и его производные. Они оценили стабильность этих соединений, но не исследовали ее подробно. Лишь в 1934 году сэр Патрик Линстед впервые охарактеризовал химические и структурные свойства фталоцианина железа. Открытие этих соединений и их потенциального применения послужило толчком к проведению большого количества последующих исследований.
Метод синтеза
Фталоцианин обычно синтезируют посредством реакции циклотетрамеризации различных производных фталевой кислоты, включая бензилцианид, диаминоизоиндол, фталевый ангидрид и фталевый амид. Альтернативно H2Pc можно получить путем нагревания фталевого ангидрида и мочевины. В 1985 году мировое производство различных видов фталоцианина составило около 57 000 тонн, что свидетельствует о значительном спросе. Поскольку металлофталоцианины (МПЦ) более привлекательны для исследований, их синтез обычно проводят в среде, содержащей соли металлов.
Область применения
Изначально использование фталоцианина ограничивалось красителями и пигментами. С углублением исследований сфера применения H2Pc и MPc расширилась до фотовольтаики, фотодинамической терапии, строительства наночастиц и катализаторов. Электрохимические свойства MPc делают их эффективными донорами и акцепторами электронов, что позволяет разрабатывать на основе MPc органические солнечные элементы с эффективностью преобразования энергии на уровне 5% или ниже. Кроме того, MPc также использовался для катализа окисления метана, фенола, спирта, полисахарида и олефина и даже может катализировать образование связей C-C и различные реакции восстановления.
«Некоторые фталоцианины металлов были разработаны как фотосенсибилизаторы для неинвазивного лечения рака».
Связанные соединения
Структура фталоцианина тесно связана с другими тетрапиррольными макроциклическими соединениями, такими как порфирины и порфириноксины, которые характеризуются четырьмя пирролподобными субъединицами, соединенными в 16-членное внутреннее кольцо, состоящее из чередующихся атомов углерода и азота. . Кроме того, существуют и более крупные аналоги, такие как нафталоцианины. Пирролоподобное кольцо в соединениях фталоцианина очень похоже на изоиндол, и как порфирин, так и фталоцианин являются плоскими тетрадентатными дианионными лигандами, которые взаимодействуют с металлами через четыре обращенных внутрь азотных центра.
Растворимый фталоцианин
Хотя исследовательская ценность растворимого фталоцианина является базовой, а его практическое применение ограничено, исследователи все еще разрабатывают растворимый фталоцианин путем добавления длинных алкильных цепей для улучшения его растворимости в органических растворителях или путем введения ионных или гидрофильных групп для придания растворимости в воде. Кроме того, растворимость может быть достигнута также посредством аксиальной координации, и в этом отношении широко изучались исследования по оптимизации, такие как аксиальная лигандная функционализация фталоцианина кремния.Токсичность и опасности
В настоящее время нет никаких доказательств того, что соединения фталоцианина обладают острой токсичностью или канцерогенностью. Их значение LD50 (для крыс, перорально) составляет 10 г/кг, что показывает относительную безопасность.
С углублением понимания соединений фталоцианина все большее внимание уделяется применению его различных производных в различных областях. Какие неожиданные открытия и применения, по вашему мнению, найдут эти загадочные синие химикаты в будущем?
