フタロシアニン

フタロシアニン（H₂Pc ）は、_化学式（_C₈H₄N₂）₄H₂_{で表される}、大きな芳香族大環状有機化合物です。化学染料や光電効果の分野で、理論的または専門的な関心_を集めています。

これは、窒素原子の環で連結された4つのイソインドール単位[a]から構成されています。 ( C8H4N2 ) 4H2 ^{= H2Pcは}、₂次元_構造と_18個のπ電子からなる環状系を有しています_。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持ち、染料や顔料への応用に適しています。Pc2−から誘導される金属錯体^は、 H2Pcの共役塩基は、_触媒作用、有機太陽電池、光線力学療法において価値がある。

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度が低い。^{[ 5 ]} 40 °C のベンゼン には、1 リットルあたり1 ミリグラム未満のH ₂ PcまたはCuPcが溶解する。H ₂ Pcおよび 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する。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、融解しないが昇華することができる。CuPc は、不活性ガス（窒素、CO ₂ ）下で500 °C 以上で昇華する。^{[ 6 ]}置換フタロシアニン錯体は、多くの場合、はるかに高い溶解度を有する。^{[ 7 ]}これらは熱的に不安定であり、多くの場合昇華しない。非置換フタロシアニンは 600 ～ 700 nmの光を強く吸収するため、これらの物質は青色または緑色である。^{[ 5 ]}置換により吸収がより長い波長側にシフトし、色が純粋な青から緑、無色（吸収が近赤外線領域にある場合）へと変化する。  

フタロシアニンの親化合物には多くの誘導体があり、テトラピラジノポルフィラジンのようにマクロ環の炭素原子が窒素原子に置換されたものや、末端の水素原子がハロゲン、ヒドロキシル基、アミン基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基などの官能基に置換されたものがある。これらの修飾により、吸収波長や発光波長、導電率などの分子の電気化学的特性を調整することができる。^{[ 8 ]}

1907年に、現在フタロシアニンであることが知られてい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しようとした際に、偶然にも銅フタロシアニン、銅ナフタロシアニン、銅オクタメチルフタロシアニンを発見した。彼らはこれらの錯体の非常に高い安定性に言及したが、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スにあるスコティッシュ・ダイズ（後のICI）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特徴づけられたのは、1934年になってからサー・パトリック・リンステッドによってであった。 ^{[ 12 ]}

_{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さまざまなフタル酸誘導体の環状四量体化によって形成されます。 [ ^{13 ]あるいは}、尿素の存在下で無水フタル酸を加熱すると、 H2Pcが得られます。^{[ 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生産されました_。^{[ 14 ]}研究上の関心が高いことから、 H2Pcよりも MPc が合成されることが多いです。これらの錯体を調製するために、金属塩の存在下でフタロシアニン合成が行われます。[ ] 2 つの銅フタロシアニンが下の図に示されています。  

フタロシアニン銅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ある。これらの化合物は、CuPc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る。

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 ]}周辺環に結合した置換基を修飾することで、Pc の吸収と発光特性を調整して、さまざまな色の染料と顔料を得ることができます。それ以来、H2Pc_{とMPc に関する重要な研究が行われ、}光起電力、光線力学療法、ナノ粒子の構築、触媒作用などの分野で幅広い用途が生まれています。 ^{[ 16 ]} MPc の電気化学的特性により、MPc は効果的な電子供与体および電子受容体となります。その結果、電力変換効率が5% 以下の MPc ベースの有機太陽電池が開発されています。[ 17 ^{] [ 18 ]さらに、} MPc はメタン、フェノール、アルコール、多糖類、オレフィンの酸化の触媒として使用されてきました。MPc は C–C 結合形成と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、非侵襲性癌治療のための光増感剤として開発されてきた。 ^{[ 20 ]}

さまざまな MPc は、電子機器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、一部の記録可能な DVD にも使用されています。^{[ 24 ]}

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マクロサイクルと構造的に関連しています。これらは、ピロール様サブユニットが4つ連結して、炭素原子と窒素原子が交互に並んだ16員環の内部環を形成しています。構造的に大きな類似体には、ナフタロシアニンがあります。H ₂ Pc内のピロール様環は、イソインドールと密接に関連しています。ポルフィリンとフタロシアニンはどちらも、4つの内側に突き出た窒素中心を介して金属に結合する平面四座二価陰イオン配位子として機能します。このような錯体は、形式的にはH ₂ Pcの共役塩基であるPc ²⁻の誘導体です。 

基礎的な価値は低いが、可溶性フタロシアニンが合成されている。有機溶媒への溶解性を向上させるために、長いアルキル鎖を付加することができる。^{[ 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、構造にイオン性または親水性基を導入することで、水溶性を付与することができる。 ^{[ 26 ] [ 27 ]}

軸配位によっても可溶化が達成される。^{[ 28 ] [ 29 ]}例えば、シリコンフタロシアニンの軸配位子官能化は広範囲に研究されている。

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。LD 50（ラット、経口）は10 _g  /kgである。^{[ 14 ]}

• 「ポルフィリンおよびフタロシアニン協会」 . spp-jpp.org .
• Wiki 設立 (2006 年 3 月 21 日) Henry Rzepa 著。Sir Patrick Linstead: フタロシアニン。化学科。ChemWiki (ビデオ)。英国:インペリアル カレッジ。
• 「Journal of Porphyrins and Phthalocyanines」。worldscinet.com /jpp /。 2020年6月2日にオリジナルからアーカイブ済み。 2009年8月19日取得。
• 「ICIグランジマスでの発見」 （動画）。2006年8月18日にcolorantshistory.org経由でオリジナルからアーカイブされました。