الفثالوسيانين

الفثالوسيانين ( H2Pc ) هو مركب عضوي كبير الحجم، عطري ، حلقي كبير ، صيغته _{الكيميائية} ( _C8H4N2 ) _{4H2 .} وهو ذو أهمية نظرية أو متخصصة في الأصباغ الكيميائية والكهرباء _{الضوئية .}

يتكون من أربع وحدات إيزوإندول ^{[ أ ]} مرتبطة بحلقة من ذرات النيتروجين. ( _C8H4N2 ) 4H2 = _H2Pc له هندسة ثنائية الأبعاد ونظام حلقي يتكون من 18 إلكترون باي . يمنح التوزيع الواسع لإلكترونات باي الجزيء خصائص مفيدة، مما _يجعله مناسبًا _{للتطبيقات} ^في _{الأصباغ} والملونات . معقدات معدنية مشتقة من _Pc2− ، وهي القاعدة المرافقة لـ H ₂ Pc ، ذات قيمة في التحفيز والخلايا الشمسية العضوية والعلاج الضوئي الديناميكي .

تميل مركبات الفثالوسيانين ومشتقاتها المعدنية (MPc) إلى التكتل، وبالتالي، تتميز بانخفاض ذوبانها في المذيبات الشائعة. [ ^{5 ] يذوب} البنزين عند درجة حرارة 40 درجة مئوية أقل من ملليغرام واحد من H₂Pc أو CuPc لكل لتر . يذوب كل من _H₂Pc وCuPc بسهولة في حمض الكبريتيك نتيجةً لبروتنة ذرات النيتروجين الرابطة بين _حلقات البيرول . تتميز العديد من مركبات الفثالوسيانين بثباتها الحراري العالي، فهي لا تنصهر ولكن يمكن تساميها . يتسامى CuPc عند درجات حرارة أعلى من 500 درجة مئوية تحت غازات خاملة ( النيتروجين ، _ثاني أكسيد الكربون ). ^{[ 6 ]} غالبًا ما تتمتع مركبات الفثالوسيانين المستبدلة بذوبانية أعلى بكثير. ^{[ 7 ]} وهي أقل ثباتًا حراريًا، وغالبًا لا يمكن تساميها. تمتص مركبات الفثالوسيانين غير المستبدلة الضوء بقوة بين 600 و700 نانومتر ، ولذلك تكون هذه المواد زرقاء أو خضراء. ^{[ 5 ]} يمكن أن يؤدي الاستبدال إلى تحويل الامتصاص نحو أطوال موجية أطول، مما يغير اللون من الأزرق النقي إلى الأخضر إلى عديم اللون (عندما يكون الامتصاص في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة ).   

توجد العديد من مشتقات الفثالوسيانين الأصلي، حيث تُستبدل ذرات الكربون في الحلقة الكبيرة بذرات النيتروجين، كما في رباعي بيرازينوبورفيرازين ، أو تُستبدل ذرات الهيدروجين الطرفية بمجموعات وظيفية مثل الهالوجينات ، والهيدروكسيل ، والأمين ، والألكيل ، والأريل ، والثيول ، والألكوكسي ، والنيتروزيل . تسمح هذه التعديلات بضبط الخصائص الكهروكيميائية للجزيء، مثل أطوال موجات الامتصاص والانبعاث والتوصيلية . ^{[ 8 ]}

في عام ١٩٠٧، تم الإبلاغ عن مركب أزرق غير معروف، يُعرف الآن باسم الفثالوسيانين. ^{[ ٩ ]} وفي عام ١٩٢٧، اكتشف باحثون سويسريون بالصدفة فثالوسيانين النحاس، ونافثالوسيانين النحاس ، وأوكتاميثيل فثالوسيانين النحاس، أثناء محاولتهم تحويل ثنائي بروموبنزين إلى فثالونيتريل . وقد لاحظوا الاستقرار الهائل لهذه المركبات، لكنهم لم يُجروا المزيد من الدراسات عليها. ^{[ ١٠ ]} وفي العام نفسه، تم اكتشاف فثالوسيانين الحديد في شركة سكوتيش دايز في غرانجماوث ، اسكتلندا (التي أصبحت لاحقًا شركة آي سي آي ). ^{[ ١١ ]} ولم يتم تحديد الخصائص الكيميائية والبنيوية لفثالوسيانين الحديد إلا في عام ١٩٣٤ على يد السير باتريك لينستيد . ^{[ ١٢ ]}

يتكون الفثالوسيانين من خلال عملية التبلمر الحلقي الرباعي لمشتقات حمض الفثاليك المختلفة ، بما في ذلك الفثالونيتريل ، وثنائي إيمينو إيزوإندول ، وأنهيدريد الفثاليك ، والفثاليميدات . ^{[ 13 ]} _{وبدلاً من} ذلك، ينتج عن تسخين أنهيدريد الفثاليك في وجود اليوريا مركب H₂Pc . ^{[ 14 ]} وباستخدام هذه الطرق، تم إنتاج ما يقارب 57,000 طن (63,000 طن إمبراطوري) من أنواع مختلفة _{من الفثالوسيانين في عام 1985.} ^{[ 14 ]} في أغلب الأحيان، يُصنّع مركب MPc بدلاً من H₂Pc نظرًا للاهتمام البحثي الأكبر بالأول. ولتحضير هذه المركبات، تُجرى عملية تصنيع الفثالوسيانين في وجود أملاح معدنية. [ ] يوضح الشكل أدناه نوعين من فثالوسيانين النحاس.  

تُعدّ مشتقات فثالوسيانين النحاس المهلجنة والمُسلفنة ذات أهمية تجارية كبيرة كأصباغ. ويتم تحضير هذه المركبات بمعالجة فثالوسيانين النحاس بالكلور أو البروم أو الأوليوم .

عند اكتشاف الفثالوسيانين (Pc) لأول مرة، اقتصرت استخداماته بشكل أساسي على الأصباغ والملونات. ^{[ 15 ]} يسمح تعديل البدائل المرتبطة بالحلقات الطرفية بضبط خصائص امتصاص وانبعاث الفثالوسيانين لإنتاج أصباغ وملونات بألوان مختلفة. ومنذ ذلك الحين، أُجريت أبحاث مكثفة على الفثالوسيانين الهيدروجيني (H₂Pc) _{والفثالوسيانين} الميثيلي (MPc)، مما أدى إلى ظهور تطبيقات واسعة النطاق في مجالات تشمل الخلايا الكهروضوئية ، والعلاج الضوئي الديناميكي ، وتصنيع الجسيمات النانوية ، والحفز. ^{[ 16 ]} تجعل الخصائص الكهروكيميائية للفثالوسيانين الميثيلي منه مانحًا ومستقبلًا فعالًا للإلكترونات. ونتيجة لذلك، تم تطوير خلايا شمسية عضوية قائمة على الفثالوسيانين الميثيلي بكفاءة تحويل طاقة تبلغ 5% أو أقل. ^{[ 17 ] [ 18 ]} علاوة على ذلك، استُخدمت الفثالوسيانينات الميثيلي كعوامل حفز لأكسدة الميثان والفينولات والكحولات والسكريات المتعددة والأوليفينات؛ كما يمكن استخدامها لتحفيز تكوين روابط الكربون-كربون وتفاعلات الاختزال المختلفة. ^{[ 19 ]} تم تطوير مركبات الفثالوسيانين المصنوعة من السيليكون والزنك كمواد محسسة للضوء لعلاج السرطان غير الجراحي. ^{[ 20 ]}

أظهرت أنواع مختلفة من الفثالوسيانينات المعدنية قدرتها على تكوين هياكل نانوية ذات تطبيقات محتملة في الإلكترونيات والاستشعار الحيوي . ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} كما يُستخدم الفثالوسيانين في بعض أقراص DVD القابلة للتسجيل. ^{[ 24 ]}

تتشابه الفثالوسيانينات بنيويًا مع جزيئات رباعي البيرول الحلقية الكبيرة _الأخرى ، بما في ذلك البورفيرينات والبورفيرازينات . وتتميز بأربع وحدات فرعية شبيهة بالبيرول مرتبطة لتشكيل حلقة داخلية مكونة من 16 ذرة، تتألف من ذرات كربون ونيتروجين متناوبة. ومن النظائر الأكبر حجمًا النفتالوسيانينات . وتتشابه الحلقات الشبيهة بالبيرول في H₂Pc تشابهًا وثيقًا مع الإيزوإندول . وتعمل كل من البورفيرينات والفثالوسيانينات كروابط ثنائية الشحنة سالبة رباعية التنسيق مستوية ، ترتبط بالمعادن من خلال أربعة مراكز نيتروجين بارزة نحو الداخل. وتُعد هذه المعقدات مشتقات رسمية _من Pc²⁻ ^، القاعدة المرافقة لـ H₂Pc . 

تم تحضير الفثالوسيانينات القابلة للذوبان، وهي ذات قيمة نظرية ولكنها قليلة التطبيق العملي. ويمكن إضافة سلاسل ألكيل طويلة لتحسين ذوبانها في المذيبات العضوية. ^{[ 25 ]} ويمكن استخدام المشتقات القابلة للذوبان في الطلاء بالدوران أو التقطير. وبدلاً من ذلك، يمكن إدخال مجموعات أيونية أو محبة للماء في التركيب لإكسابها قابلية الذوبان في الماء. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

يمكن أيضًا تحقيق الذوبان من خلال التنسيق المحوري. ^{[ 28 ] [ 29 ]} على سبيل المثال، تمت دراسة وظيفة الربيطة المحورية لفثالوسيانين السيليكون على نطاق واسع.

لم يُبلغ عن أي دليل على السمية الحادة أو التسرطن لمركبات الفثالوسيانين. الجرعة المميتة الوسطية ₍ LD50 ) (في الجرذان، عن طريق الفم) هي 10  غ/كغ. ^{[ 14 ]}

• "جمعية البورفيرينات والفثالوسيانينات" . spp-jpp.org .
• موقع ويكيبيديا (21 مارس 2006) من تأليف هنري رزيبا. السير باتريك لينستيد: الفثالوسيانينات . قسم الكيمياء. كيم ويكي (فيديو). المملكة المتحدة: إمبريال كوليدج .
• "مجلة البورفيرينات والفثالوسيانينات" . worldscinet.com/jpp/ . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2020-06-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-08-19 .
• "اكتشاف شركة ICI في غرانجماوث" (فيديو). مؤرشف من الأصل بتاريخ 18 أغسطس 2006 – عبر موقع colorantshistory.org.