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ftalocianina

La ftalocianina ( H 2 Pc ) es un compuesto orgánico macrocíclico , aromático y de gran tamaño con la fórmula (C 8 H 4 N 2 ) 4 H 2 y es de interés teórico o especializado en tintes químicos y fotoelectricidad.

Está compuesto por cuatro unidades de isoindol [a] unidas por un anillo de átomos de nitrógeno. (C 8 H 4 N 2 ) 4 H 2 = H 2 Pc tiene una geometría bidimensional y un sistema de anillos que consta de 18  electrones π . La extensa deslocalización de los electrones π confiere a la molécula propiedades útiles, lo que se presta a aplicaciones en tintes y pigmentos. Complejos metálicos derivados de Pc.2-
, la base conjugada del H 2 Pc , son valiosos en catálisis , células solares orgánicas y terapia fotodinámica .

Propiedades

Imágenes STM de moléculas de ftalocianina individuales registradas con un sesgo de −2 V (izquierda) y +1 V (derecha). Tenga en cuenta que STM investiga la densidad de electrones en las bandas HOMO/LUMO en lugar de perfiles atómicos. [2]

La ftalocianina y los complejos metálicos derivados (MPc) tienden a agregarse y, por tanto, tienen baja solubilidad en disolventes comunes. [3] El benceno a 40 °C disuelve menos de un miligramo de H 2 Pc o CuPc por litro. El H2Pc y el CuPc se disuelven fácilmente en ácido sulfúrico debido a la protonación de los átomos de nitrógeno que forman puentes entre los anillos de pirrol . Muchos compuestos de ftalocianina son térmicamente muy estables y no se funden, pero pueden sublimarse . El CuPc se sublima a más de 500 °C en presencia de gases inertes ( nitrógeno , CO2 ) . [4] Los complejos de ftalocianina sustituida suelen tener una solubilidad mucho mayor. [5] Son menos estables térmicamente y, a menudo, no pueden sublimarse. Las ftalocianinas no sustituidas absorben fuertemente la luz entre 600 y 700  nm , por lo que estos materiales son azules o verdes. [3] La sustitución puede cambiar la absorción hacia longitudes de onda más largas, cambiando el color de azul puro a verde e incoloro (cuando la absorción es en el infrarrojo cercano ).

Hay muchos derivados de la ftalocianina original, donde los átomos de carbono del macrociclo se intercambian por átomos de nitrógeno o los átomos de hidrógeno periféricos se sustituyen por grupos funcionales como halógenos , hidroxilo , amina , alquilo , arilo , tiol , alcoxi y nitrosilo . Estas modificaciones permiten ajustar las propiedades electroquímicas de la molécula, como las longitudes de onda de absorción y emisión y la conductancia. [6]

Historia

En 1907, se informó sobre un compuesto azul no identificado, ahora conocido como ftalocianina. [7] En 1927, investigadores suizos descubrieron fortuitamente ftalocianina de cobre, naftalocianina de cobre y octametilftalocianina de cobre en un intento de conversión de o -dibromobenceno en ftalonitrilo . Destacaron la enorme estabilidad de estos complejos, pero no los caracterizaron más. [8] En el mismo año, se descubrió ftalocianina de hierro en Scottish Dyes de Grangemouth , Escocia (más tarde ICI ). [9] No fue hasta 1934 que Sir Patrick Linstead caracterizó las propiedades químicas y estructurales de la ftalocianina de hierro. [10]

Síntesis

La ftalocianina se forma mediante la ciclotetramerización de varios derivados del ácido ftálico, incluidos el ftalonitrilo , el diiminoisoindol , el anhídrido ftálico y las ftalimidas . [11] Alternativamente, calentar anhídrido ftálico en presencia de urea produce H 2 Pc . [12] Utilizando estos métodos, en 1985 se produjeron aproximadamente 57.000 toneladas (63.000 toneladas imperiales) de diversas ftalocianinas. [12] Más a menudo, se sintetiza MPc en lugar de H 2 Pc debido al mayor interés de investigación en el primero. Para preparar estos complejos, la síntesis de ftalocianina se realiza en presencia de sales metálicas. En la siguiente figura se muestran dos ftalocianinas de cobre.

Los derivados halogenados y sulfonados de las ftalocianinas de cobre son comercialmente importantes como colorantes. Estos compuestos se preparan tratando CuPc con cloro , bromo u óleum .

Aplicaciones

Muestra de ftalocianina de cobre, que ilustra el color intenso característico de los derivados de ftalocianina.

En el descubrimiento inicial del Pc, sus usos se limitaban principalmente a tintes y pigmentos. [13] La modificación de los sustituyentes unidos a los anillos periféricos permite ajustar las propiedades de absorción y emisión de Pc para producir tintes y pigmentos de diferentes colores. Desde entonces, se han realizado importantes investigaciones sobre H 2 Pc y MPc que han dado lugar a una amplia gama de aplicaciones en áreas que incluyen la energía fotovoltaica , la terapia fotodinámica , la construcción de nanopartículas y la catálisis. [14] Las propiedades electroquímicas del MPc los convierten en eficaces donantes y aceptores de electrones. Como resultado, se han desarrollado células solares orgánicas basadas en MPc con eficiencias de conversión de energía iguales o inferiores al 5%. [15] [16] Además, los MPc se han utilizado como catalizadores para la oxidación de metano, fenoles, alcoholes, polisacáridos y olefinas; MPcs también se puede utilizar para catalizar la formación de enlaces C-C y diversas reacciones de reducción. [17] Las ftalocianinas de silicio y zinc se han desarrollado como fotosensibilizadores para el tratamiento no invasivo del cáncer. [18]

Varios MPCS también han demostrado la capacidad de formar nanoestructuras que tienen aplicaciones potenciales en electrónica y biodetección . [19] [20] [21] La ftalocianina también se utiliza en algunos DVD grabables. [22]

Toxicidad y peligros

No se ha informado de evidencia de toxicidad aguda o carcinogenicidad de los compuestos de ftalocianina. La DL 50 (ratas, oral) es de 10 g/kg. [12]

Compuestos relacionados

Las ftalocianinas están relacionadas estructuralmente con otros macrociclos de tetrapirrol, incluidas las porfirinas y las porfirazinas . Presentan cuatro subunidades similares al pirrol unidas para formar un anillo interno de 16 miembros compuesto por átomos de carbono y nitrógeno alternos. Los análogos estructuralmente más grandes incluyen naftalocianinas . Los anillos tipo pirrol dentro del H2Pc están estrechamente relacionados con el isoindol . Tanto las porfirinas como las ftalocianinas funcionan como ligandos dianiónicos tetradentados planos que unen metales a través de cuatro centros de nitrógeno que se proyectan hacia adentro. Dichos complejos son formalmente derivados de Pc 2− , la base conjugada de H 2 Pc .

Relación de la ftalocianina con el macrociclo de las porfirinas. Se omiten dos grupos NH intramacrocíclicos .

Notas a pie de página

  1. ^ Una " unidad de isoindol " es C 8 H 4 N 2 ; cuatro en una configuración de anillo de nitrógeno se abrevian como símbolo Pc = (C 8 H 4 N 2 ) 4  .

Referencias

  1. ^ "Pigmento azul 16". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Pubchem. Instituto Nacional de Salud de EE. UU . Archivado desde el original el 7 de noviembre de 2017 . Consultado el 8 de abril de 2018 .
  2. ^ Iannuzzi, Marcella; Tran, Fabien; Widmer, Roland; Dienel, Thomas; Radicano, Kevin; Ding, Yun; Hutter, Jürg; Gröning, Oliver (2014). "Adsorción selectiva de sitio de ftalocianina en nanomalla h-BN / Rh (111)". Química Física Física Química . 16 (24): 12374–12384. Código Bib : 2014PCCP...1612374I. doi : 10.1039/C4CP01466A . PMID  24828002.
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enlaces externos

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