Language
Country/Area
No result found
Фталоцианин и комплексы металлов: как заставить ваши исследования творить чудеса?
Фталоцианин (H2Pc) — крупное ароматическое макроциклическое органическое соединение с молекулярной формулой (C8H4N2)4H2. Это соединение вызвало профессиональный интерес в области химических красителей и оптоэлектроники, поскольку его уникальная структура и электронные свойства обуславливают его потенциальную прикладную ценность. Фталоцианин состоит из четырех изоиндольных единиц, соединенных кольцом атома азота. Он имеет двумерную геометрическую структуру и кольцевую систему из 18 π-электронов, что делает его электронную десенсибилизацию чрезвычайно превосходной.
«Благодаря обширной делокализации π-электронов фталоцианины находят применение в красителях и пигментах».
Металлические комплексы, особенно полученные из фталоцианинов (таких как MPc), очень ценны в катализе, органических солнечных элементах и фотодинамической терапии. Свойства этих металлокомплексов играют важную роль в исследовании.
Основные свойства фталоцианина
Фталоцианины и их комплексы с металлами часто агрегируют и поэтому имеют низкую растворимость в обычных растворителях. Например, при температуре 40°C в бензоле можно растворить менее одного миллиграмма H2Pc или CuPc на литр воды. Однако в серной кислоте растворимость H2Pc и CuPc значительно улучшается за счет протонирования атомов азота. Многие фталоцианиновые соединения имеют преимущество в термической стабильности. Многие не плавятся, а возгоняются. Фталоцианин меди возгоняется в среде инертного газа при температуре выше 500°C.
«Незамещенные фталоцианины сильно поглощают свет в диапазоне от 600 до 700 нанометров, что придает этим материалам синий или зеленый цвет».
Модификация может сместить диапазон поглощения света в сторону более длинных волн, изменив цвет с чистого синего на зеленый или даже бесцветный (когда длина волны поглощения попадает в ближний инфракрасный диапазон). Эти модификации позволяют настраивать электрохимические свойства молекул, влияя на длины волн поглощения и излучения, а также на электропроводность. Историческая справка
Еще в 1907 году ученые впервые сообщили об особом синем соединении, которое впоследствии было идентифицировано как фталоцианин. В 1927 году швейцарские исследователи случайно открыли фталоцианин меди и другие подобные соединения при превращении о-дибромбензола в фенилуреантрил. Они выразили удивление по поводу стабильности этих соединений, но не стали их более подробно описывать. В 1934 году сэр Патрик Линстед окончательно установил химические и структурные свойства фталоцианина железа.
Метод синтеза
Фталоцианин образуется в результате циклотетрамеризации различных производных фталевой кислоты, включая фенилмочевинный нитрил, диаминоизофенилен, фталевый ангидрид и соединения фталевой мочевины. Эффективным методом также является нагревание фталевого ангидрида в присутствии мочевины. Сочетание этих процессов привело к производству в 1985 году около 57 000 тонн различных фталоцианиновых соединений. В научных исследованиях производство фталоцианинов металлов представляет больший интерес, поскольку оно предлагает больше возможностей применения и исследовательских перспектив.
«Обработка CuPc хлором, бромом или масляной фазой приводит к образованию хлоридных и сульфированных производных, которые имеют коммерчески важное значение в качестве красителей».
Области применения
Когда фталоцианин был впервые открыт, его применение в основном ограничивалось красителями и пигментами. Изменяя заместители, присоединенные к периферическому кольцу, можно регулировать абсорбционные и эмиссионные свойства фталоцианина, получая красители и пигменты различных цветов. По мере углубления исследований области применения H2Pc и MPc постепенно расширились и охватили фотоэлектричество, фотодинамическую терапию, производство наноструктур, катализ и другие области. MPc используется в качестве эффективного донора и акцептора электронов благодаря своим превосходным электрохимическим свойствам, благодаря чему эффективность преобразования энергии органических солнечных элементов на основе MPc достигла не менее 5%.
«Фталоцианины кремния и цинка были разработаны в качестве фотосенсибилизаторов для неинвазивного лечения рака».
Кроме того, различные металлофталоцианины продемонстрировали способность образовывать наноструктуры, имеющие потенциальное применение в электронике и биосенсорах. Фталоцианин даже используется в некоторых записываемых DVD-дисках.
Связанные соединения
Фталоцианин структурно похож на другие тетрапиррольные макроциклы, такие как порфирины и порфирролы, с четырьмя пирролподобными единицами, связанными в 16-членное кольцо с чередующимися атомами углерода и азота. Родственные структурные варианты фталоцианина включают нафталоцианин и тому подобное. Пиррольное кольцо во фталоцианине тесно связано со структурой изоиндола. Как порфирины, так и фталоцианины могут действовать как плоские тетрадентатные дианионные лиганды, связывающие металлы через четыре обращенных внутрь азотных центра. Эти металлокомплексы формально являются производными сопряженного субстрата фталоцианина.
Растворимый фталоцианин
Хотя растворимые фталоцианины имеют ограниченную ценность в практическом применении, они были успешно синтезированы. При добавлении длинноцепочечных алкильных групп он становится более растворимым в органических растворителях. Такие растворимые производные можно использовать для центрифугирования или капельного нанесения покрытий. Введением ионов или гидрофильных групп его можно сделать растворимым в воде. Аксиальная координация также может использоваться для улучшения растворимости; например, была тщательно изучена функционализация фталоцианина кремния аксиальными лигандами.
Токсичность и опасности
В настоящее время не имеется данных об острой токсичности или канцерогенности соединений фталоцианина. Его LD50 (крысы, перорально) составляет 10 г/кг, что свидетельствует об относительно низкой биологической токсичности.
Эти превосходные свойства и широкое применение сделали фталоцианин и его металлокомплексы широко востребованными в научных исследованиях и промышленности, а возможности их использования в будущем безграничны. Итак, может ли потенциал фталоцианина открыть новую главу в будущих технологических инновациях?
