فثالوسيانين النحاس

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

فثالوسيانين النحاس (CuPc)، المعروف أيضاً باسم أزرق الفثالوسيانين ، أو أزرق الفثالو، وغيرها من الأسماء ، هو صبغة زرقاء اصطناعية زاهية وبلورية، تنتمي إلى مجموعة الأصباغ القائمة على الفثالوسيانين . يُستخدم لونه الأزرق اللامع بكثرة في الدهانات والأصباغ . ويُقدّر كثيراً لخصائصه المميزة، مثل ثبات اللون، وقوة التلوين، وقدرته على التغطية، ومقاومته لتأثيرات القلويات والأحماض . يظهر على شكل مسحوق أزرق، غير قابل للذوبان في معظم المذيبات، بما في ذلك الماء .

المرادفات والأسماء التجارية

المادة، واسمها وفقًا لتسمية IUPAC هو (29 H ,31 H -phthalocyaninato(2−)- N 29, N 30, N 31, N 32)copper(II) ، تُعرف بالعديد من الأسماء [ 1 ] مثل الأزرق الموناسترال ، والأزرق الفثالوسياني ، والأزرق الهيليو ، [ 2 ] والأزرق الثالوسياني ، والأزرق وينسور ، [ 3 ] والأزرق الفثالوسيانيني ، وصبغة CI الزرقاء 15:2 ، [ 4 ] [ 5 ] والأزرق الفثالوسيانيني النحاسي ، [ 6 ] ورباعي بنزوبورفيرازين النحاس ، [ 7 ] والفثالوسيانين النحاسي ، [ 8 ] و PB15.2 ، [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] وCI 74160 ، [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] والأزرق البريطاني للسكك الحديدية . [ 15 ] توجد العديد من الأسماء التجارية والمرادفات الأخرى. [ 16 ] كما يُستخدم الاختصار "CuPc". [ 17 ]

البنية والتفاعلية والخواص

جزء من البنية البلورية لمركب CuPc، مع تسليط الضوء على نمط التعبئة المنزلقة. [ 18 ]

فثالوسيانين النحاس هو مركب من النحاس (II) مع القاعدة المرافقة للفثالوسيانين ، أي Cu²⁺Pc²⁻ . وصفه مشابه لوصف بورفيرينات النحاس ، التي تُشتق أيضًا من خلال نزع بروتونين من البورفيرينات. ينتمي CuPc إلى المجموعة النقطية D₄h . وهو مركب بارامغناطيسي يحتوي على إلكترون منفرد واحد لكل جزيء .

المادة غير قابلة للذوبان عمليًا في الماء (أقل من  0.1  غ/100  مل عند 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) )، [ 19 ] ولكنها قابلة للذوبان في حمض الكبريتيك المركز. [ 16 ] تبلغ كثافة المادة الصلبة حوالي 1.6 غ/سم³ . [ 16 ] يعود اللون إلى انتقال إلكتروني من نوع π–π*، حيث يبلغ طول موجة الامتصاص القصوى λ ≈ 610 نانومتر. [ 20 ]    

الأطوار البلورية

يتبلور مركب فثالوسيانين النحاس (CuPc) بأشكال متعددة (أشكال بلورية). وقد تم تحديد خمسة أشكال بلورية مختلفة: [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] وهي: الطور α، والطور β، والطور η، والطور γ، والطور χ. أكثر بنيتين شيوعًا في مركب فثالوسيانين النحاس هما الطور β والطور α شبه المستقر. ويمكن التمييز بين هذين الطورين من خلال تداخل جزيئاتهما المتجاورة. يتميز الطور α بتداخل أكبر، وبالتالي بمسافة أصغر بين ذرات النحاس (≈3.8  أنغستروم) مقارنةً بالطور β (≈4.8  أنغستروم). [ 25 ]

التصنيع

اكتسبت عمليتان تصنيعيتان أهمية تجارية لإنتاج فثالوسيانين النحاس:

يمكن تنفيذ كلا الطريقتين باستخدام المذيب (عملية المذيب) أو بدونه (عملية الخبز). قد تُحقق عملية المذيب إنتاجية أعلى (> 95%) مقارنةً بعملية الخبز (70 إلى 80%)، ولذلك حظيت عملية المذيب باهتمام أكبر في البداية. مع ذلك، تُشير التوجهات الحديثة إلى ميلٍ عكسي نحو عملية الخبز، ويعود ذلك أساسًا إلى اعتبارات اقتصادية وبيئية (خلوها من المذيب، وقصر مدة الإنتاج).

عملية الفثالونيتريل

تتضمن هذه الطريقة تسخين الفثالونيتريل مع ملح النحاس، وعادةً ما يكون كلوريد النحاس الأحادي، عند  درجة حرارة تتراوح بين 200 و240 درجة مئوية. ويمكن كتابة  معادلة التفاعل الإجمالية للفثالونيتريل على النحو التالي:

4 C 6 H 4 (CN) 2 + Cu 2+ + 2e − → CuPc

عملية أنهيدريد الفثاليك/اليوريا

يمكن كتابة معادلة التفاعل الإجمالية من أنهيدريد الفثاليك واليوريا على النحو التالي:

4 C 6 H 4 (CO) 2 O + 4 (NH 2 ) 2 CO + Cu 2+ + 2e − → CuPc + 8 H 2 O + 4 CO 2 + 4 NH 3

التطبيقات

صورة مجهر القوة الذرية (AFM) لمركبات الفثالوسيانين الحديدية والكوبالتية

التحفيز

لطالما خضعت مركبات الفثالوسيانين المعدنية للدراسة كعوامل محفزة لتفاعلات الأكسدة والاختزال . ومن بين المجالات ذات الأهمية تفاعل اختزال الأكسجين وتحلية تيارات الغاز عن طريق إزالة كبريتيد الهيدروجين .

ملون

نظرًا لثباته، يُستخدم الفثالوسيانين الأزرق أيضًا في الأحبار والطلاءات والعديد من أنواع البلاستيك . هذه الصبغة غير قابلة للذوبان ولا تميل إلى الهجرة داخل المادة. وهي صبغة قياسية تُستخدم في أحبار الطباعة وصناعة التغليف. بلغ الإنتاج الصناعي منها حوالي 10,000 طن سنويًا في اليابان وحدها خلال ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي. [ 16 ] وتُعد هذه الصبغة الأكثر إنتاجًا من حيث الحجم. [ 26 ]

تُنتج جميع الشركات المصنعة الرئيسية لأصباغ الفنانين أنواعًا مختلفة من فثالوسيانين النحاس، ويُشار إليها بمؤشر اللون PB15 (أزرق) [ 27 ] ومؤشرات اللون PG7 وPG36 (أخضر). [ 28 ]

يُعدّ الأزرق الفثالوسياني مكونًا شائعًا في لوحة ألوان الفنان، وهو لون أزرق بارد يميل إلى الأخضر. يتميز بقوة تلوين عالية، ويطغى بسهولة على الألوان الأخرى عند مزجه بها. وهو لون شفاف يُستخدم في التلوين، ويمكن تطبيقه بتقنيات التزجيج.

يوجد هذا المركب في مجموعة واسعة من المنتجات، [ 29 ] مثل بلسم الشعر الملون، [ 30 ] وأقلام الحبر الجل، ولصقات العين، والعطور، والشامبو، ومنتجات العناية بالبشرة، والصابون، وواقي الشمس، وحبر الوشم، [ 31 ] ومعجون الأسنان، [ 32 ] وحتى ملونات العشب. [ 33 ]

بحث

كثيرًا ما دُرِسَ مركب CuPc في سياق الإلكترونيات الجزيئية . وهو مناسبٌ واعدٌ للخلايا الشمسية العضوية نظرًا لاستقراره الكيميائي العالي ونموه المنتظم. [ 34 ] [ 35 ] عادةً ما يؤدي CuPc دور مانح الإلكترونات في الخلايا الشمسية القائمة على بنية مانح/ مستقبل . ومن أكثر بنى مانح/مستقبل شيوعًا CuPc/C60 ( باكمينستر فوليرين )، الذي سرعان ما أصبح نظامًا نموذجيًا لدراسة الجزيئات العضوية الصغيرة. [ 36 ] [ 37 ] تصل كفاءة تحويل الفوتون إلى إلكترون في هذا النظام إلى حوالي 5%.

تمت دراسة مركب فثالوسيانين النحاس (CuPc) كمكون في ترانزستورات التأثير الحقلي العضوية . [ 38 ] وقد اقتُرح استخدام فثالوسيانين النحاس (CuPc) لتخزين البيانات في الحوسبة الكمومية ، نظرًا لطول الفترة الزمنية التي يمكن أن تبقى فيها إلكتروناته في حالة تراكب. [ 39 ] يمكن معالجة CuPc بسهولة إلى غشاء رقيق لاستخدامه في تصنيع الأجهزة، مما يجعله مرشحًا جذابًا للبتات الكمومية . [ 40 ]

تُشكل مشتقات الفثالوسيانين ما يقارب 25% من جميع الأصباغ العضوية الاصطناعية. [ 41 ] تُنتج أصباغ فثالوسيانين النحاس بإضافة مجموعات مُذيبة، مثل مجموعة واحدة أو أكثر من مجموعات حمض السلفونيك . تُستخدم هذه الأصباغ في مجالات متنوعة من صباغة المنسوجات (الأصباغ المباشرة للقطن )، وفي صباغة الغزل، وفي صناعة الورق . يُعدّ الأزرق المباشر 86 ملح الصوديوم لحمض فثالوسيانين النحاس السلفونيك ، بينما يُعدّ الأزرق المباشر 199 ملح الأمونيوم الرباعي لحمض فثالوسيانين النحاس السلفونيك. تُستخدم أملاح الأمونيوم الرباعية لهذه الأحماض السلفونية كأصباغ مذيبة نظرًا لذوبانها في المذيبات العضوية ، مثل الأزرق المذيب 38 والأزرق المذيب 48. أما الصبغة المشتقة من فثالوسيانين الكوبالت والأمين فهي صبغة الفثالوجين IBN. 1,3-Diiminoisoindolene، وهو المركب الوسيط المتكون أثناء تصنيع الفثالوسيانين، والذي يستخدم مع ملح النحاس ينتج عنه الصبغة GK 161.

يُستخدم فثالوسيانين النحاس أيضًا كمادة مصدرية لتصنيع فثالوسيانين الأخضر G. يتم معالجة CuPc بالكلور في وجود ثلاثي كلوريد الألومنيوم : [ 41 ]

Cu(C 32 H 16 N 8 ) + 16 Cl 2 → Cu (C 32 N 8 Cl 16 ) + 16 حمض الهيدروكلوريك

ومن بين أصباغ الفثالوسيانين الزرقاء الأخرى ذات الصلة والمتوفرة تجارياً ما يلي:

  • صبغة زرقاء 16 – فثالوسيانين خالٍ من المعادن
  • صبغة زرقاء 75 – فثالوسيانين الكوبالت
  • الصبغة الزرقاء 79 – فثالوسيانين الألومنيوم

تاريخ

يعود اكتشاف الفثالوسيانينات المعدنية إلى ملاحظة نواتج ثانوية شديدة التلوين ناتجة عن تفاعلات حمض الفثاليك (حمض البنزين-1،2-ثنائي الكربوكسيل) أو مشتقاته مع مصادر النيتروجين والمعادن. وقد تم تحضير CuPc (فثالوسيانين النحاس) لأول مرة عام 1927 من خلال تفاعل سيانيد النحاس الأحادي مع ثنائي بروموبنزين ، والذي ينتج عنه بشكل أساسي فثالونيتريل عديم اللون ، بالإضافة إلى ناتج ثانوي أزرق اللون. وبعد بضع سنوات، لاحظ العاملون في شركة Scottish Dyes تكوّن آثار من أصباغ الفثالوسيانين أثناء تصنيع الفثاليميد من خلال تفاعل أنهيدريد الفثاليك مع الأمونيا بوجود الحديد المعدني. في عام 1937، بدأت شركة DuPont في إنتاج فثالوسيانين النحاس الأزرق في الولايات المتحدة الأمريكية تحت الاسم التجاري Monastral Blue بعد أن تم إطلاقه سابقًا في بريطانيا العظمى ( ICI ) وألمانيا ( IG Farbenindustrie ) في عام 1935. [ 42 ]

واجهت عملية تكوين معلقات مستقرة مع الأشكال ألفا الأولى صعوبة، لا سيما في الخلائط مع تيتانيوم الروتيل ، حيث كان الصباغ الأزرق يميل إلى التكتل . وكان الشكل بيتا أكثر استقرارًا، وكذلك الشكل ألفا المُحسَّن والمستقر. واليوم، تتوفر أشكال متماثلة أكثر.

السمية والمخاطر

هذا المركب غير سام للأسماك أو النباتات، [ 16 ] ربما لأنه غير قابل للتحلل الحيوي . لم تُسجّل أي مخاطر محددة مرتبطة بهذا المركب. [ 43 ] تُقدّر الجرعة المميتة الوسطية ( LD50 ) عن طريق الفم في الثدييات بأكثر من 5  غرامات لكل كيلوغرام، دون رصد أي آثار ضارة عند هذا المستوى من الابتلاع. [ 16 ] بالنسبة للابتلاع المزمن، قُدّرت الجرعة التي لا تُثير قلقًا بـ 0.2  ملغ/كغ يوميًا في الجرذان. [ 16 ] لا يوجد دليل على وجود آثار مسرطنة . [ 16 ] وُجد أن الفثالوسيانين المُسلفن يُسبب تشوهات تشريحية عصبية في أجنة الدجاج النامية عند حقنه مباشرة في البيض المُحضّن. [ 44 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "معلومات عن المادة" . وكالة المواد الكيميائية الأوروبية . تم الاطلاع بتاريخ 18-11-2021 .
  2. ↑ قانون مراقبة المواد السامة، قائمة المواد الكيميائية : المجلد 2
  3. ↑ الخواص الطيفية للمركبات غير العضوية والعضوية الفلزية : المجلد 40
  4. ^ مؤشر المنتجات الكيميائية بقلم فريدريش دبليو ديرز
  5. ↑ تلوين البلاستيك: الأساسيات ، بقلم روبرت أ. تشارفات
  6. ↑ دليل اختبار الدهانات والطلاءات ، بقلم جوزيف ف. كوليسكي
  7. ↑ دليل المستخدم والفهارس الخاصة بالجرد الأولي، وفهرس أسماء المواد ، ووكالة حماية البيئة الأمريكية
  8. ↑ الأصباغ العضوية الصناعية: الإنتاج، والتركيب البلوري، والخصائص، والتطبيقات، بقلم كلاوس هونجر ومارتن يو. شميدت
  9. ↑ دليل البورفيرين: تطبيقات الفثالوسيانينات ، تأليف كارل كاديش، وكيفن إم. سميث، وروجر غيلارد
  10. ↑ أحبار الوشم: التحليل، والأصباغ، والتشريعات بقلم جيرالد بريور
  11. ↑ الصباغ + Füllstoff: تابيلين بقلم أولاف لوكيرت
  12. ↑ خدمة صحائف بيانات سلامة المواد 7:89، خدمات معالجة المعلومات
  13. ↑ تلوين الأطعمة والأدوية ومستحضرات التجميل بقلم جيسبرت أوتيرشتاتر
  14. ↑ التركيبة الكيميائية: نظرة عامة على المستحضرات الكيميائية القائمة على المواد الفعالة سطحياً والمستخدمة في الحياة اليومية، بقلم أنتوني إي. هارجريفز
  15. ↑ محطة واترلو: تاريخ أكثر محطات لندن ازدحامًا، بقلم روبرت لوردان
  16. 1 2 3 4 5 6 7 8 فثالوسيانين النحاس، رقم CAS: 147-14-8، مؤرشف بتاريخ 16 مايو 2017 على موقع Wayback Machine inchem.org
  17. ↑ مثال: الخصائص البنيوية والنقلية للأغشية الرقيقة من فثالوسيانين النحاس (CuPc) مؤرشفة بتاريخ 5 مارس 2012 في أرشيف الإنترنت www.egmrs.org
  18. ↑ إرك، بيتر؛ هينجلسبرج، هايدي؛ هادو، ميري ف.؛ فان جيلدر، ريتشارد (2004). "الزخم الابتكاري لهندسة البلورات". CrystEngComm . 6 (78): 474. doi : 10.1039/b409282a .
  19. ↑ فثالوسيانين النحاس chemblink.com
  20. ↑ رزيبا، إتش إس موناسترال: لون الأزرق . .imperial.ac.uk رابط قديم مؤرشف بتاريخ 8 سبتمبر 2012 على archive.today )
  21. ↑ جيمس هـ. شارب؛ مارتن، أبكويتز (1973). "البنية الثنائية لمتعدد أشكال فثالوسيانين النحاس". مجلة الكيمياء الفيزيائية 77 (11): 477-481 . doi : 10.1021/j100623a012 .
  22. ↑ جاك م.، أسور (1965). "حول التعديلات متعددة الأشكال للفثالوسيانينات". مجلة الكيمياء الفيزيائية . 69 (7): 2295-2299 . doi : 10.1021/j100891a026 .
  23. ↑ حسن، أ.ك.؛ غولد، ر.د. (2006). "دراسات بنيوية للأغشية الرقيقة المُرَسَّبة حراريًا من فثالوسيانين النحاس". فيزيكا ستاتوس سوليدي أ . 132 (1): 91-101 . Bibcode : 1992PSSAR.132...91H . doi : 10.1002/pssa.2211320110 .
  24. ↑ هاي، وانغ؛ سومايا، موثور؛ صلاح الدين، دين؛ جولز أ.، غاردنر؛ ريو، تشانغ؛ مارك، وارنر؛ غابرييل، إيبلي؛ ديفيد و.، ماكومب؛ ماري ب.، رايان؛ وي، وو؛ أندرو ج.، فيشر؛ مارشال، ستونهام؛ ساندرينا، هيوتز (7 يونيو 2010). "أسلاك نانوية فائقة الطول من فثالوسيانين النحاس ذات بنية بلورية جديدة وامتصاص بصري واسع النطاق". ACS Nano . 4 ( 7): 3921–3926 . arXiv : 1012.2141 . doi : 10.1021/nn100782w . PMID 20527798. S2CID 2209898 .  
  25. ↑ إيمي سي، كروكشانك؛ كريستيان جيه، دوتزلر؛ صلاحود، دين؛ ساندرينا، هيوتز ؛ مايكل إف، توني؛ ماري بي، رايان (2012). "البنية البلورية لأغشية فثالوسيانين النحاس على ZnO(1100)". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 134 (35): 14302-14305 . Bibcode : 2012JAChS.13414302C . doi : 10.1021/ja305760b . PMID 22897507 . 
  26. ↑ غريغوري، بيتر (2000). "التطبيقات الصناعية للفثالوسيانين" . مجلة البورفيرينات والفثالوسيانين . 4 (4). worldscinet.com: 432–437 . doi : 10.1002/(SICI)1099-1409(200006/07)4:4 < 432::AID-JPP254 > 3.0.CO ; 2-N .
  27. ↑ "بصمة اليد : سمات صناعة الألوان" . 
  28. ↑ "بصمة اليد : سمات صناعة الألوان" . 
  29. ↑ "Ci 74160 (مع قائمة المنتجات)" .
  30. ↑ "بلسم ترسيب اللون "الأشعة فوق البنفسجية""" .
  31. ↑ ميراندا، ميشيل د. (2016) التحليل الجنائي للوشوم وأحبار الوشم . روتليدج. ISBN 9780367778439صفحة 163: أزرق الماء الموحل
  32. ^ "Dentalux Complex 7 Total Care Plus Zahncreme Inhaltsstoffe – Hautschutzengel" .
  33. ↑ "Vertmax Turf pigment and paint" . 17 فبراير 2022.
  34. ↑ شيبوفيتش، م (أكتوبر 2004). "دراسة درجات الحرارة العالية لأطياف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه وتشتت رامان لأغشية رقيقة من CuPc مُرَسَّبة بالتفريغ". مجلة التركيب الجزيئي . 704 ( 1-3 ): 107-113 . Bibcode : 2004JMoSt.704..107S . doi : 10.1016/j.molstruc.2004.01.053 .
  35. ^ بالا، م. وجديلة، م؛ ريبارز، م؛ زيبوويك، م؛ دروزدوفسكي، م؛ جرودزيكي، أ؛ بيشكيك، ف (2009). "تأثير ذرة المعدن المركزي في MPc (M = Cu، Zn، Mg، Co) على أطياف رامان، FT-IR، الامتصاصية، الانعكاس، والتألق الضوئي" . J. الإلكترون البصري. ظرف. م . 11 (3): 264- 269.
  36. ↑ جايلوبيكوف، أسكات إي.؛ ويلارد، آدم ب.؛ تريتش، جون ر.؛ تشان، واي-لون؛ ساي، نا؛ جيربا، رالوكا؛ كاكي، لورين ج.؛ ويليامز، كينريك ج.؛ ليونغ، كيفن؛ روسكي، بيتر ج.؛ تشو، إكس واي. (2013). "تحدد إكسيتونات نقل الشحنة الساخنة الحد الزمني لفصل الشحنة عند واجهات المانح/المستقبل في الخلايا الكهروضوئية العضوية". مجلة نيتشر ماتيريالز . 12 (1): 66-73 . Bibcode : 2013NatMa..12...66J . doi : 10.1038/nmat3500 . PMID 23223125 . 
  37. ↑ شين، لي (يناير 2013). " خلايا ضوئية ذات وصلة غير متجانسة من نوع CuPc/C 60 مع دليل على انفصال الطور". الإلكترونيات العضوية . 14 : 250-254 . doi : 10.1016/j.orgel.2012.10.041 .
  38. ↑ تشايدوجيانوس، ج.؛ بيتراكي، ف.؛ غليزوس، ن.؛ كينو، س.؛ نيشبوريك، س. (2009). "ترانزستورات التأثير الحقلي العضوية ذات الجهد المنخفض العاملة والمبنية على فثالوسيانينات معدنية مُعالجة بالمحاليل". الفيزياء التطبيقية أ . 96 (3): 763. Bibcode : 2009ApPhA..96..763C . doi : 10.1007/s00339-009-5268-1 . S2CID 98694166 . 
  39. ↑ اكتشاف مادة جديدة للحوسبة الكمومية بشكل غير متوقع . phys.org. ٢٧ أكتوبر ٢٠١٣
  40. ↑ كوينكوا، دوغلاس (4 نوفمبر 2013). "مفتاح الحوسبة الكمومية، قريب من المنزل" . صحيفة نيويورك تايمز .
  41. 1 2 جيرد لوبرت "الفثالوسيانين" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية، 2002، Wiley-VCH، Weinheim. دوى : 10.1002/14356007.a20_213 .
  42. ^ لوبيرت، جيرد (2000). "الفثالوسيانين". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-VCH. دوى : 10.1002/14356007.a20_213 . رقم ISBN 978-3-527-30673-2..
  43. ↑ ورقة بيانات السلامة مؤرشفة بتاريخ 28 فبراير 2012 على موقع Wayback Machine cornelius.co.uk
  44. ↑ ساندور، إس؛ بريليبسيانو، أو؛ تشيتشيو، آي (1985). "متلازمة تشوه ذيل الجنين في جنين الدجاج الناجمة عن الفثالوسيانين المُسلفن". مورفول إمبريول (بوخارست) . 31 (3): 173-181 . PMID 2931590 .