フタロシアニン
フタロシアニン
骨格式
ボールと棒のモデル
名前
IUPAC名
フタロシアニン[ 1 ]
IUPAC体系名
テトラベンゾ[ b,g,l,q ]-5,10,15,20-テトラアザポルフィリン[ 2 ]
その他の名前
  • フタロシアニン
  • ピグメントブルー16
識別子
3Dモデル（JSmol）
チェビ
ケムスパイダー
ECHA 情報カード100.008.527
ユニイ
  • InChI=1S/C32H18N8/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,(H2,33,34,35,36,37,38,39,40) ☒北
    キー: IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N ☒北
  • InChI=1/C32H18N8/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,(H2,33,34,35,36,37,38,39,40)
    キー: IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYAC
  • C1=CC=C2C(=C1)C3=NC4=C5C=CC=CC5=C(N4)N=C6C7=CC=CC=C7C(=N6)N=C8C9=CC=CC=C9C(=N8)N=C2N3
プロパティ
C 32 H 18 N 8
モル質量514.552  g·mol −1
危険
GHSラベル：
GHS07: 感嘆符[ 3 ]
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。
☒北 検証する （何ですか  ？） チェックはい☒北

フタロシアニン（H 2 Pc ）は、化学式（C 8 H 4 N 2）4 H 2の大きな芳香族大環状有機化合物であり、化学染料や光電気の理論的または専門的な関心の対象となっています。

Pcは、窒素原子の環で結合した4つのイソインドール単位[ a ]から構成されています。 (C 8 H 4 N 2 ) 4 H 2 = H 2 Pcは2次元構造を持ち、18個の π電子からなる環系を形成しています。π電子の広範な非局在化により、この分子は有用な特性を有し、染料や顔料への応用に適しています。Pc由来の金属錯体2−H 2 Pcの共役塩基である は、触媒、有機 太陽電池、光線力学 療法において 貴重 な もの です。

プロパティ

個々のフタロシアニン分子のSTM像。バイアス電圧を-2 V（左）および+1 V（右）に設定して記録した。STMは原子プロファイルではなく、 HOMO/LUMOバンドの電子密度をプローブしている点に注意。[ 4 ]

フタロシアニンおよび誘導金属錯体 (MPc) は凝集する傾向があり、そのため一般的な溶媒への溶解性が低い。[ 5 ] 40 °C のベンゼンは、1リットルあたり1 mg未満のH 2 PcまたはCuPcを溶解します。H 2 Pcと CuPc は、ピロール環を架橋する窒素原子のプロトン化により、硫酸に容易に溶解します。 多くのフタロシアニン化合物は、熱的に非常に安定しており、溶融しませんが、昇華する可能性があります。 CuPc は、不活性ガス (窒素、CO 2 )下では500 °C 以上で昇華します。[ 6 ]置換フタロシアニン錯体は、多くの場合、はるかに高い溶解性を示します。[ 7 ]これらは熱的に安定性が低く、昇華できないことがよくあります。置換されていないフタロシアニンは、600〜700  nmの光を強く吸収するため、これらの材料は青または緑色になります。[ 5 ]置換により吸収がより長い波長にシフトし、純粋な青から緑、そして無色（吸収が近赤外線にある場合）へと色が変化する。

親化合物であるフタロシアニンには、テトラピラジノポルフィラジンのように大環状分子の炭素原子を窒素原子に置換した誘導体や、末端の水素原子をハロゲン、ヒドロキシル、アミン、アルキル、アリール、チオール、アルコキシ、ニトロシルなどの官能基に置換した誘導体が数多く存在する。これらの修飾により、吸収・発光波長や伝導率といった分子の電気化学的特性を調整することができる。[ 8 ]

歴史

1907年、現在ではフタロシアニンとして知られる未確認の青色化合物が報告された。[ 9 ] 1927年、スイスの研究者らは、o-ジブロモベンゼンをフタロニトリルに変換する試みの中で、銅フタロシアニン、銅ナフタロシアニン、銅オクタメチルフタロシアニンを偶然発見した。彼らはこれらの錯体の非常に高い安定性について言及したが、それ以上の特性評価は行わなかった。[ 10 ]同年、スコットランドのグランジマウスにあるスコティッシュ・ダイズ社（後のICI社）で鉄フタロシアニンが発見された。[ 11 ]鉄フタロシアニンの化学的および構造的特性が明らかになったのは1934年になってからで、パトリック・リンステッド卿が初めてであった。 [ 12 ]

合成

フタロシアニンは、フタロニトリル、ジイミノイソインドール、無水フタル酸、フタルイミドなどの様々なフタル酸誘導体の環四量化によって生成します。[ 13 ]また、尿素の存在下で無水フタル酸を加熱すると、 H 2 Pcが生成されます。[ 14 ]このような方法を使用して、1985年に約57,000トン（63,000帝国トン）のさまざまなフタロシアニンが製造されました。[ 14 ] H 2 PcよりもMPcの方が研究上の関心が高いため、より頻繁に合成されます。これらの錯体を調製するために、フタロシアニン合成は金属塩の存在下で行われます。下の図に2つの銅フタロシアニンを示します。

銅フタロシアニンのハロゲン化およびスルホン化誘導体は、染料として商業的に重要です。これらの化合物は、銅フタロシアニンを塩素、臭素、または発煙硫酸で処理することによって製造されます。

アプリケーション

フタロシアニン誘導体の鮮やかな色彩特性を示す銅フタロシアニンのサンプル。

Pcが最初に発見されたとき、その用途は主に染料と顔料に限られていました。[ 15 ]周辺の環に結合した置換基の修飾により、Pcの吸収および発光特性を調整して、異なる色の染料と顔料を生成することができます。それ以来、H2PcとMPcの研究が盛んに行われ、太陽光発電、光線力学療法、ナノ粒子の構築、触媒などの分野で幅広い用途につながっています。 [ 16 ] MPcはその電気化学的特性により、効果的な電子供与体および電子供与体となります。その結果、5%以下の電力変換効率を持つMPcベースの有機太陽電池が開発されました。 [ 17 ] [ 18 ]さらに、MPcはメタン、フェノール、アルコール、多糖類、およびオレフィンの酸化触媒として使用されており、MPcはC–C結合形成やさまざまな還元反応の触媒としても使用できます。[ 19 ]シリコンフタロシアニンと亜鉛フタロシアニンは、非侵襲性の癌治療のための光増感剤として開発されている。 [ 20 ]

様々なMPCは、エレクトロニクスやバイオセンシングへの応用が期待されるナノ構造を形成する能力も示しています。[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]フタロシアニンは、一部の記録型DVDにも使用されています。[ 24 ]

フタロシアニンとポルフィリン大環状分子の関係。大環状分子内の2つのN- H基は省略されている。

フタロシアニンは、ポルフィリンやポルフィラジンなどの他のテトラピロール大環状化合物と構造的に関連している。4つのピロール類似サブユニットが結合して、炭素原子と窒素原子が交互に並んだ16員環を形成している。構造的に大きな類似体としては、ナフタロシアニンなどがある。H 2 Pc内のピロール類似環は、イソインドールと密接に関連している。ポルフィリンとフタロシアニンはどちらも、内側に突出した4つの窒素中心を介して金属と結合する平面四座配位ジアニオン配位子として機能する。このような錯体は、正式にはH 2 Pcの共役塩基であるPc 2−の誘導体である。

可溶性フタロシアニン

基礎的ではあるが実用的価値は低い可溶性フタロシアニンが合成されている。長鎖アルキル鎖を付加することで有機溶媒への溶解性を向上させることができる。[ 25 ]可溶性誘導体はスピンコーティングやドロップキャスティングに使用できる。あるいは、構造にイオン性基や親水性基を導入することで水溶性を付与することもできる。 [ 26 ] [ 27 ]

可溶化は軸方向配位によっても達成できる。[ 28 ] [ 29 ]例えば、シリコンフタロシアニンの軸方向配位子官能化は広く研究されてきた。

毒性と危険性

フタロシアニン化合物の急性毒性や発がん性に関する証拠は報告されていない。LD50 （ラット、経口）は10 g/kgである。[ 14 ]

脚注

  1. ^ 1つの「イソインドール単位」はC 8 H 4 N 2です。窒素環構成の4つは記号Pc = (C 8 H 4 N 2 ) 4と略されます 。

参考文献

  1. ^ https://iupac.qmul.ac.uk/テトラピロール/TP1.html#p16
  2. ^ https://iupac.qmul.ac.uk/テトラピロール/TP1.html#p16
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