Фталоцианин меди
Синтетический синий пигмент из группы фталоцианиновых красителей.
Фталоцианин меди
Имена
Название ИЮПАК
(29 H ,31 H -фталоцианинато(2−)- N 29, N 30, N 31, N 32)медь(II)
Другие имена
Фталоцианин меди(II)
Монастровый синий
Фталоцианиновый синий
Фталосиний Талосиний Пигмент
Синий
15
Идентификаторы
  • 147-14-8 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ЧЭБИ
  • ЧЕБИ:155903
ChemSpider
  • 8631
Информационная карта ECHA100.005.169
CID PubChem
  • 6531516
УНИИ
  • 3VEX9T7UT5 проверятьИ
  • DTXSID8027117
  • InChI=1S/C32H16N8.Cu/c1-2-10-18-17(9-1)25-33-26(18)38-28-21-13-5-6-14-22(21)30( 35-28)40 -32-24-16-8-7-15-23(24)31(36-32)39-29-20-12-4-3-11-19(20)27(34-29)37-25 ;/h1-16H;/q-2;+2
    Ключ: XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N
  • C1=CC=C2C(=C1)C3=NC4=NC(=NC5=C6C=CC=CC6=C([N-]5)N=C7C8=CC=CC=C8C(=N7)N=C2[N-]3)C9=CC=CC=C94.[Cu+2]
Характеристики
С32Н16СиН8​​​​​​
Молярная масса576,082  г·моль −1
Появлениетемно-синий сплошной
Родственные соединения
Другие катионы
Фталоцианин свинца(II)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
Химическое соединение
Фтало-синий
 
Пигмент фталоцианиновый синий порошок
Об этих координатах     Цветовые координаты
Гексагональный триплет#000F89
sRGBB ( r , g , b )​(0, 15, 137)
HSV ( h , s , v )(233°, 100%, 54%)
CIELCh уф ( Л , С , ч )(16, 61, 265°)
ИсточникМать всех HTML-цветовых диаграмм
Дескриптор ISCC–NBSЯркий синий
B : Нормализовано до [0–255] (байт)
H : Нормализовано до [0–100] (сотни)

Фталоцианин меди (CuPc), также называемый фталоцианиновым синим , фталосиним и многими другими названиями, представляет собой яркий кристаллический синтетический синий пигмент из группы красителей на основе фталоцианинов . Его блестящий синий цвет часто используется в красках и красителях . Он высоко ценится за свои превосходные свойства, такие как светостойкость, прочность окраски, укрывистость и устойчивость к воздействию щелочей и кислот . Он имеет вид синего порошка, нерастворимого в большинстве растворителей, включая воду.

История

Открытие фталоцианинов металлов можно проследить до наблюдения интенсивно окрашенных побочных продуктов реакций фталевой кислоты (бензол-1,2-дикарбоновой кислоты) или ее производных с источниками азота и металлов. CuPc (фталоцианин меди) был впервые получен в 1927 году реакцией цианида меди(I) и о -дибромбензола , которая в основном производит бесцветный фталонитрил , а также интенсивно синий побочный продукт. Пару лет спустя рабочие Scottish Dyes наблюдали образование следов фталоцианиновых красителей при синтезе фталимида реакцией фталевого ангидрида и аммиака в присутствии металлического железа. В 1937 году компания DuPont начала производство фталоцианина меди в США под торговой маркой Monastral Blue после того, как он был ранее запущен в производство в Великобритании ( ICI ) и Германии ( IG Farbenindustrie ) в 1935 году. [1]

Возникли трудности с образованием стабильных дисперсий с первыми альфа-формами, особенно в смесях с рутиловым титаном , где синий пигмент имел тенденцию к флокуляции . Бета-форма была более стабильной, как и улучшенная стабилизированная альфа-форма. Сегодня доступно еще больше изомерных форм.

Синонимы и торговые наименования

Вещество, название ИЮПАК (29 H ,31 H -фталоцианинато(2−)- N 29, N 30, N 31, N 32)медь(II), известно под многими названиями [2], такими как монастраловый синий , фталосиний , гелиосиний , [3] талосиний , винзоровский синий , [4] фталоцианиновый синий , пигмент CI Blue 15:2 , [5] [6] фталоцианиновый синий меди , [7] тетрабензопорфиразин меди , [8] Cu-фталосиний , [9] PB15.2 , [10] [11] [12] CI 74160 , [13] [14] [15] и British Rail Blue. [16] Существует множество других торговых наименований и синонимов. [17] Также используется аббревиатура «CuPc». [18]

Производство

Для производства фталоцианина меди коммерческое значение приобрели два производственных процесса:

Оба подхода могут быть реализованы как без (процесс выпечки), так и с растворителем (процесс с растворителем). Более высокие выходы могут быть достигнуты с процессом с растворителем (> 95%), чем с процессом выпечки (от 70 до 80%), поэтому процесс с растворителем изначально вызывал больший интерес. Однако последние тенденции показывают обратную тенденцию для процесса выпечки, в основном по причинам экономических и экологических проблем (отсутствие растворителя, более короткое время выполнения).

Процесс фталонитрила

Этот подход включает нагревание фталонитрила с медной солью, обычно хлоридом меди(I), при температуре от 200 °C до 240 °C. Уравнение общей реакции из фталонитрила можно записать следующим образом:

4 С 6 ЧАС 4 ( КН ) 2 + Cu 2 + + 2 е − ⟶ CuPc {\displaystyle {\ce {4 C6H4(CN)2 + Cu^2+ + 2e- -> CuPc}}}

Процесс фталевого ангидрида/мочевины

Уравнение общей реакции фталевого ангидрида и мочевины можно записать следующим образом:

4 С 6 ЧАС 4 ( КО ) 2 О + 4 ( Нью-Гэмпшир 2 ) 2 КО + Cu 2 + + 2 е − ⟶ CuPc + 8 ЧАС 2 О + 4 КО 2 + 4 Нью-Гэмпшир 3 {\displaystyle {\ce {4 C6H4(CO)2O + 4(NH2)2CO + Cu^2+ + 2e- -> CuPc + 8H2O + 4CO2 + 4NH3}}}

Приложения

АСМ- изображение фталоцианинов Fe и Co

Катализ

Металлические фталоцианины давно исследовались в качестве катализаторов окислительно-восстановительных реакций. Области интереса - реакция восстановления кислорода и очистка газовых потоков путем удаления сероводорода . [ необходима цитата ]

Краситель

Благодаря своей стабильности фтало-синий также используется в чернилах , покрытиях и многих пластиках . Пигмент нерастворим и не имеет тенденции к миграции в материале. Это стандартный пигмент, используемый в печатной краске и упаковочной промышленности. Промышленное производство составляло порядка 10 000 тонн в год в 1980-х и 1990-х годах только в Японии. [17] Пигмент является самым объемным производимым пигментом. [19]

Все основные производители художественных пигментов выпускают варианты фталоцианина меди, имеющие цветовой индекс PB15 (синий) и цветовые индексы PG7 и PG36 (зеленый).

Обычный компонент палитры художника, фтало-синий — это холодный синий с уклоном в зеленоватый оттенок. Он обладает интенсивной красящей силой и легко подавляет смесь при смешивании с другими цветами. Это прозрачный окрашивающий цвет, который можно наносить с помощью техники лессировки.

Он присутствует в самых разных продуктах, [20] таких как кондиционер для волос с цветным напылением, [21] гелевые ручки, глазные пластыри, духи, шампуни, средства по уходу за кожей, мыло, солнцезащитные кремы, чернила для татуировок, [22] зубная паста, [23] и даже красители для дерна. [24]

Исследовать

CuPc часто исследовался в контексте молекулярной электроники . Он потенциально подходит для органических солнечных элементов из-за своей высокой химической стабильности и равномерного роста. [25] [26] CuPc обычно играет роль донора электронов в солнечных элементах на основе донора/ акцептора . Одной из наиболее распространенных архитектур донора/акцептора является CuPc/C 60 ( бакминстерфуллерен ), которая быстро стала модельной системой для изучения малых органических молекул. [27] [28] Эффективность преобразования фотона в электрон в такой системе достигает приблизительно 5%.

CuPc также исследовался как компонент органических полевых транзисторов . [29] Фталоцианин меди (CuPc) был предложен для хранения данных в квантовых вычислениях из-за длительности времени, в течение которого его электроны могут оставаться в суперпозиции. [30] CuPc можно легко переработать в тонкую пленку для использования в производстве устройств, что делает его привлекательным кандидатом на кубит . [31]

Примерно 25% всех искусственных органических пигментов являются производными фталоцианина. [32] Медные фталоцианиновые красители производятся путем введения солюбилизирующих групп, таких как одна или несколько функций сульфоновой кислоты . Эти красители находят широкое применение в различных областях текстильного крашения (прямые красители для хлопка ), для крашения прядением и в бумажной промышленности . Прямой синий 86 представляет собой натриевую соль CuPc- сульфоновой кислоты , тогда как прямой синий 199 представляет собой четвертичную аммониевую соль CuPc-сульфоновой кислоты. Четвертичные аммониевые соли этих сульфоновых кислот используются в качестве сольвентных красителей из-за их растворимости в органических растворителях , таких как Solvent Blue 38 и Solvent Blue 48. Краситель, полученный из фталоцианина кобальта и амина, называется Phthalogen Dye IBN. 1,3-Дииминоизоиндолен, промежуточный продукт, образующийся при производстве фталоцианина, в сочетании с солью меди дает краситель GK 161.

Фталоцианин меди также используется в качестве исходного материала для производства фталоцианинового зеленого G.

Другие родственные и коммерчески доступные фталоцианиновые синие пигменты:

  • Пигмент синий 16 – фталоцианин без металла
  • Пигмент синий 75 – фталоцианин кобальта
  • Пигмент синий 79 – фталоцианин алюминия

Структура, реакционная способность и свойства

Часть кристаллической структуры CuPc, подчеркивающая мотив упаковки в виде скользящих стопок. [33]

Фталоцианин меди — это комплекс меди (II) с сопряженным основанием фталоцианина , то есть Cu2 + Pc2− . Описание аналогично описанию для порфиринов меди, которые также формально получены двойным депротонированием порфиринов. CuPc принадлежит к точечной группе D4h . Он парамагнитен с одним неспаренным электроном на молекулу.

Вещество практически нерастворимо в воде (<0,1 г/100 мл при 20 °C (68 °F)), [34] но растворимо в концентрированной серной кислоте. [17] Плотность твердого вещества составляет ≈1,6 г/см 3 . [17] Цвет обусловлен электронным переходом π–π* с λ max ≈ 610 нм. [35]

Кристаллические фазы

CuPc кристаллизуется в различных формах (полиморфах). Было идентифицировано пять различных полиморфов: [36] [37] [38] [39] фазы α, β, η, γ и χ. Две наиболее распространенные структуры в CuPc — это β-фаза и метастабильная α-фаза. Эти фазы можно различить по перекрытию соседних молекул. α-фаза имеет большее перекрытие и, таким образом, меньшее расстояние Cu-Cu (≈3,8 Å) по сравнению с β-фазой (≈4,8 Å). [40]

Токсичность и опасности

Соединение не поддается биологическому разложению, но не токсично для рыб или растений. [17] С этим соединением не связано никаких особых опасностей. [41] Пероральная LD 50 у млекопитающих оценивается более чем в 5 г на кг, при этом не было обнаружено никаких вредных эффектов при таком уровне приема внутрь, [17] для хронического приема внутрь предполагаемая доза, вызывающая низкую обеспокоенность, составила 0,2 мг/кг в день у крыс. [17] Нет никаких доказательств, указывающих на канцерогенные эффекты. [17] Было обнаружено, что сульфированный фталоцианин вызывает нейроанатомические дефекты у развивающихся куриных эмбрионов при инъекции непосредственно в инкубационные яйца. [42]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Лёбберт, Герд (2000). «Фталоцианины». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a20_213. ISBN 978-3527306732..
  2. ^ "Информация о веществе". ECHA . Получено 2021-11-18 .
  3. ^ Закон о контроле за токсичными веществами. Перечень химических веществ : том 2
  4. ^ Спектроскопические свойства неорганических и металлоорганических соединений : том 40
  5. ^ Индекс химической продукции Фридриха В. Дерца
  6. ^ Окрашивание пластмасс: основы , р. Роберт А. Шарват
  7. ^ Руководство по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий , автор Джозеф В. Колеске
  8. ^ Руководство пользователя и указатели к первоначальному перечню, указатель названий веществ , Агентство по охране окружающей среды США
  9. ^ Промышленные органические пигменты: производство, кристаллические структуры, свойства, применение Клауса Хунгера и Мартина У. Шмидта
  10. ^ Справочник по порфиринам: применение фталоцианинов , е. Карл Кадиш, Кевин М. Смит и Роджер Гилард
  11. ^ Татуировочные чернила: анализ, пигменты, законодательство Джеральда Прайора
  12. ^ Пигмент + Füllstoff: Tabellen Олафа Люкерта
  13. ^ Служба паспортов безопасности материалов 7:89, Службы обработки информации
  14. ^ Раскрашивание еды, лекарств и косметики Гисберта Оттерштеттера
  15. ^ Химическая формула: обзор химических препаратов на основе поверхностно-активных веществ, используемых в повседневной жизни, Энтони Э. Харгривз
  16. ^ Вокзал Ватерлоо: История самого загруженного вокзала Лондона Роберта Лордана
  17. ^ abcdefgh ФТАЛОЦИАНИН МЕДИ, CAS №: 147-14-8 Архивировано 16.05.2017 на Wayback Machine inchem.org
  18. ^ например, структурные и транспортные свойства тонких пленок фталоцианина меди (CuPc). Архивировано 05.03.2012 на Wayback Machine www.egmrs.org
  19. ^ Грегори, Питер (2000). «Промышленное применение фталоцианинов». Журнал порфиринов и фталоцианинов . 4 (4). worldscinet.com: 432– 437. doi :10.1002/(SICI)1099-1409(200006/07)4:4<432::AID-JPP254>3.0.CO;2-N.
  20. ^ «Ci 74160 (со списком продуктов)».
  21. ^ "Кондиционер для окрашивания "Ультрафиолетовый"".
  22. ^ Миранда, Мишель Д. (2016) Судебно-медицинский анализ татуировок и чернил для татуировок . Routledge. ISBN 9780367778439 стр. 163: Muddy Water Blue 
  23. ^ "Dentalux Complex 7 Total Care Plus Zahncreme Inhaltsstoffe - Hautschutzengel" .
  24. ^ "Пигмент и краска Vertmax Turf". 17 февраля 2022 г.
  25. ^ Szybowicz, M (октябрь 2004 г.). "Высокотемпературное исследование спектров FT-IR и Рамана вакуумного осаждения тонких пленок CuPc". Журнал молекулярной структуры . 704 ( 1– 3): 107– 113. Bibcode :2004JMoSt.704..107S. doi :10.1016/j.molstruc.2004.01.053.
  26. ^ Бала, М; Войдыла, М; Ребарз, М; Шибович, М; Дроздовский, М; Гродзицкий, А; Пищек, П. (2009). «Влияние центрального атома металла в MPc (M = Cu, Zn, Mg, Co) на спектры комбинационного рассеяния света, FT-IR, поглощения, отражения и фотолюминесценции». Дж. Оптоэлектрон. Адв. М.​ 11 (3): 264–269 .
  27. ^ Jailaubekov, Askat E.; Willard, Adam P.; Tritsch, John R.; Chan, Wai-Lun; Sai, Na; Gearba, Raluca; Kaake, Loren G.; Williams, Kenrick J.; Leung, Kevin; Rossky, Peter J.; Zhu, XY. (2013). «Горячие экситоны с переносом заряда устанавливают временной предел для разделения заряда на интерфейсах донор/акцептор в органических фотоэлектрических элементах». Nature Materials . 12 (1): 66– 73. Bibcode :2013NatMa..12...66J. doi :10.1038/nmat3500. PMID  23223125.
  28. ^ Синь, Ли (январь 2013 г.). «CuPc/C 60 объемные гетеропереходные фотоэлектрические элементы с признаками фазовой сегрегации». Organic Electronics . 14 : 250–254 . doi :10.1016/j.orgel.2012.10.041.
  29. ^ Chaidogiannos, G.; Petraki, F.; Glezos, N.; Kennou, S.; Nešpůrek, S. (2009). "Низковольтные операционные OFET на основе обработанных раствором металлических фталоцианинов". Applied Physics A. 96 ( 3): 763. Bibcode : 2009ApPhA..96..763C. doi : 10.1007/s00339-009-5268-1. S2CID  98694166.
  30. ^ Новый материал для квантовых вычислений обнаружен неожиданно. phys.org. 27 октября 2013 г.
  31. ^ Куэнкуа, Дуглас (4 ноября 2013 г.). «Ключ к квантовым вычислениям, близко к дому». The New York Times .
  32. ^ Герд Лёбберт «Фталоцианины» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2002, Wiley-VCH, Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a20_213.
  33. ^ Эрк, Питер; Хенгельсберг, Хайди; Хаддоу, Майри Ф.; Ван Гелдер, Ричард (2004). «Инновационный импульс кристаллической инженерии». CrystEngComm . 6 (78): 474. doi :10.1039/b409282a.
  34. ^ Фталоцианин меди chemblink.com
  35. ^ Rzepa, HS Monastral: цвет синего. .imperial.ac.uk Архивировано 2012-09-08 в archive.today )
  36. ^ Джеймс Х., Шарп; Мартин, Абковиц (1973). «Димерная структура полиморфа фталоцианина меди». J. Phys. Chem . 77 (11): 477– 481. doi :10.1021/j100623a012.
  37. ^ Жак М., Ассур (1965). «О полиморфных модификациях фталоцианинов». J. Phys. Chem . 69 (7): 2295– 2299. doi :10.1021/j100891a026.
  38. ^ Хассан, АК; Гулд, РД (2006). «Структурные исследования термически напыленных тонких пленок фталоцианина меди». Physica Status Solidi A. 132 ( 1): 91– 101. Bibcode : 1992PSSAR.132...91H. doi : 10.1002/pssa.2211320110.
  39. ^ Hai, Wang; Soumaya, Mauthoor; Salahud, Din; Jules A., Gardener; Rio, Chang; Marc, Warner; Gabriel, Aeppli; David W., McComb; Mary P., Ryan; Wei, Wu; Andrew J., Fisher; Marshall, Stoneham; Sandrine, Heutz (7 июня 2010 г.). "Сверхдлинные медные фталоцианиновые нанопроволоки с новой кристаллической структурой и широким оптическим поглощением". ACS Nano . 4 (7): 3921– 3926. arXiv : 1012.2141 . doi :10.1021/nn100782w. PMID  20527798. S2CID  2209898.
  40. ^ Amy C, Cruickshank; Christian J, Dotzler; Salahud, Din; Sandrine, Heutz ; Michael F, Toney; Mary P, Ryan (2012). «Кристаллическая структура пленок фталоцианина меди на ZnO(1100)». Журнал Американского химического общества . 134 (35): 14302– 14305. doi :10.1021/ja305760b. PMID  22897507.
  41. ^ Паспорт безопасности Архивировано 28.02.2012 на Wayback Machine cornelius.co.uk
  42. ^ Шандор, С; Прелипчану, О; Чечиу, И (1985). «Сульфонированный фталоцианин вызвал синдром каудальной мальформации у куриного эмбриона». Morphol Embryol (Bucur) . 31 (3): 173–81 . PMID  2931590.
  • Открытие нового пигмента – «монастровый синий» [узурпировано] colorantshistory.org
  • Патрик Линстед рассказывает о фталоцианине Имперский колледж Лондона, химический факультет
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Фталоцианин_меди&oldid=1262038414"