フタロシアニン銅

フタロシアニン銅（CuPc）は、フタロシアニンブルー、フタロブルーなどとも呼ばれ、フタロシアニンをベースとした染料群に属する、鮮やかな結晶性の合成青色顔料です。その鮮やかな青色は、塗料や染料によく用いられます。耐光性、着色力、隠蔽力、アルカリや酸に対する耐性など、優れた特性が高く評価されています。外観は青色の粉末で、水を含むほとんどの溶剤に不溶です。

IUPAC名(29 H ,31 H -フタロシアニナト(2−)- N 29, N 30, N 31, N 32)銅(II)であるこの物質は、モナストラルブルー、フタロブルー、ヘリオブルー^{[ 1 ]} 、タロブルー、ウィンザーブルー^{[ 2 ]}、フタロシアニンブルー、 CIピグメントブルー15:2 [3]、^{銅フタロシアニンブルー}[ 4][5]、銅テトラベンゾポルフィラジン[ ^{6 ] 、Cu-フタロブルー[} 8 ^]、PB15.2 [ 9 ^{] [10 ]} [ 11 ^]、 CI ^{74160 [} 12 ] ^{[ 13 ] [ 14 ] 、ブリティッシュレール}ブルーなど、^{多くの名前で知られています}。^{[ 15 ]}他にも多数の商標名や同義語が存在する。^{[ 16 ]}略語「CuPc」も使用される。^{[ 17 ]}

フタロシアニン銅は、フタロシアニンの共役塩基と銅(II)の錯体、すなわち Cu ²⁺ Pc ²⁻である。この構造は、ポルフィリンの二重脱プロトン化によって形式的に生成される銅ポルフィリンの構造と類似している。CuPc はD _4h点群に属し、分子あたり 1 つの不対電子を持つ常磁性体である。

この物質は水にはほとんど溶けませんが（20 °C (68 °F)で<  0.1  g/100 ml ）、^{[ 19 ]}濃硫酸には溶けます。^{[ 16 ]}固体の密度は約 1.6 g/cm ³です。^{[ 16 ]}色は π–π* 電子遷移によるもので、λ _{max は}約 610 nm です。^{[ 20 ]}     

フタロシアニン銅の製造において、商業的に重要な2つの製造プロセスが確立されている。

• フタロニトリル法は主にドイツで用いられている。
• フタル酸無水物／尿素法は、イギリスとアメリカで開発された。

どちらの方法も、溶媒を用いる場合（溶媒法）と用いない場合（焼成法）の両方で実施可能です。溶媒法では焼成法（70～80%）よりも高い収率（95%以上）が得られるため、当初は溶媒法の方が注目を集めていました。しかし、近年の傾向としては、経済的および環境的な観点（溶媒不使用、リードタイム短縮）から、焼成法が主流になりつつあります。

CuPcは分子エレクトロニクスの分野でよく研究されてきました。高い化学的安定性と均一な成長のため、有機太陽電池に適している可能性があります。 ^{[ 34 ] [ 35 ]} CuPcは通常、ドナー/アクセプター型太陽電池で電子ドナーの役割を果たします。最も一般的なドナー/アクセプター構造の1つはCuPc/C60（バックミンスターフラーレン）で、_これは急速に小さな有機分子の研究のモデルシステムになりました。^{[ 36 ] [ 37 ]}このようなシステムでの光子から電子への変換効率は約5%に達します。

CuPcは有機電界効果トランジスタの構成要素としても研究されている。^{[ 38 ]}フタロシアニン銅（CuPc）は、電子が重ね合わせ状態を維持できる時間が長いため、量子コンピューティング におけるデータストレージとして提案されている。 ^{[ 39 ]} CuPcはデバイス製造に使用できる薄膜に容易に加工できるため、魅力的な量子ビット候補となっている。^{[ 40 ]}

人工有機顔料の約25%はフタロシアニン誘導体である。^{[ 41 ]}銅フタロシアニン染料は、1つ以上のスルホン酸官能基などの可溶化基を導入することによって製造される。これらの染料は、繊維染色（綿用直接染料）、紡績染色、製紙業界のさまざまな分野で使用されている。ダイレクトブルー86はCuPc-スルホン酸のナトリウム塩であり、ダイレクトブルー199はCuPc-スルホン酸の第四級アンモニウム塩である。これらのスルホン酸の第四級アンモニウム塩は、ソルベントブルー38やソルベントブルー48などの有機溶媒に溶解するため、溶媒染料として使用される。コバルトフタロシアニンとアミンから誘導される染料はフタロゲン染料IBNである。フタロシアニン製造の過程で生成される中間体である1,3-ジイミノイソインドレンを銅塩と組み合わせて使用​​すると、染料GK 161が得られます。

フタロシアニン銅は、フタロシアニングリーンGの製造原料としても使用されます。CuPcは、三塩化アルミニウムの存在下で塩素処理されます。^{[ 41 ]}

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

その他、関連する市販のフタロシアニン系青色顔料は以下のとおりです。

• 顔料ブルー16 – 金属フリーフタロシアニン
• 顔料ブルー75 –コバルトフタロシアニン
• 顔料ブルー79 –アルミニウムフタロシアニン

金属フタロシアニンの発見は、フタル酸（ベンゼン-1,2-ジカルボン酸）またはその誘導体と窒素源および金属との反応で生じる濃い色の副生成物の観察に遡ることができます。CuPc（銅フタロシアニン）は、1927年にシアン化銅(I)とo-ジブロモベンゼンの反応によって初めて合成されました。この反応では、主に無色のフタロニトリルと濃い青色の副生成物が生成されます。数年後、スコティッシュ・ダイズの研究者たちは、金属鉄の存在下で無水フタル酸とアンモニアを反応させてフタルイミドを合成する際に、微量のフタロシアニン染料が生成されることを観察しました。 1937年、デュポンは、1935年にイギリス（ICI）とドイツ（IG Farbenindustrie）で発売されたフタロシアニン銅ブルーを、モナストラルブルーという商標名でアメリカで生産し始めた。^{[ 42 ]}

最初のα型では、特にルチル型チタンとの混合物において、青色顔料が凝集する傾向があり、安定した分散液を形成するのが困難であった。β型はより安定しており、改良された安定化α型も同様であった。現在では、さらに多くの異性体が利用可能となっている。

この化合物は魚類や植物に対して毒性がない^{[ 16 ]。}これはおそらく生分解されないためである。この化合物に関連する特定の危険性はない^{[ 43 ]} 。哺乳類における経口LD50_は5g/kg以上と推定されており 、その摂取量では悪影響は認められていない^{[ 16} ]。慢性摂取の場合、ラットにおける低懸念用量の推定値は0.2mg  /kg/日であった[16 ^] 。発がん性を示す証拠はない^{[ 16 ] 。}スルホン化フタロシアニンは、孵卵中の卵に直接注入すると、発生中のニワトリ胚に神経解剖学的欠陥^を引き起こすことがわかっている^{[ 44 ] 。}

• フタロシアニングリーンG
• 英国国鉄の企業塗装 § レールブルー– 1965 年以降、英国国鉄の列車の標準塗装として顔料が使用されるようになった。
• 『絵画の喜び』では、顔料をベースにした油絵具が頻繁に使用されました。
• 色のリスト

• 新顔料「モナストラルブルー」の発見colorantshistory.org
• パトリック・リンステッド氏によるフタロシアニンについての講演（インペリアル・カレッジ・ロンドン、化学科）