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酞菁

酞菁曾作为具有最高牢度的蓝色至绿色颜料而得到发展,后来用种种方法衍生出了性能优异的染料。酞菁颜料是重要的有机颜料,其色谱主要是蓝色和绿色,色泽鲜艳,着色力强。具有优良的耐候性、耐热性、耐溶剂性、耐酸性和耐碱性,也不溶于一般有机溶剂。它们具有良好的牢度与使用性能,特别是铜酞菁及其氯化物是现代十分重要的蓝色和绿色颜料。广泛应用于油漆、油墨、塑料的着色,涂料印花,合成纤维的原浆着色等。

【分子结构】

X射线结构分析表明,酞菁是由四个异吲哚单元组成的平面大环共轭体系。与卟啉一样,酞菁因为其特有的18电子共轭大环体系符合休特尔规则而具有芳香性。下图中显示了酞菁和卟啉的分子结构。
概括的来说,卟啉、酞菁分子都具有以下几个特点:(1) 具有特殊的二维共轭π-电子结构。(2) 对光、热具有较高的稳定性。 (3) 分子结构具有多样性,易裁剪性。分子可以衍生出多种多样的取代配体,可以依据合成目标对配体进行设计、裁剪和组装。 (4) 配位能力很强,它几乎可以和元素周期表中所有的金属元素发生配位,形成配合物。由于具有以上特点使得卟啉、酞菁化合物的种类繁多,各具特色,用途广泛。

 酞菁 结构式

酞菁 结构式

【产品用途】

酞菁又名酞花青。一类深色化合物。结构与卟啉环 (或卟啉络物,porphyrin) 类似。酞菁曾作为具有最高牢度的蓝色至绿色颜料而得到发展。后来用种种方法衍生出了性能优异的染料。分金属酞菁和不含金属酞菁。金属酞菁有两种类型: 一类如含铜、铁、锌、钴、铂等,原子半径与酞菁分子的中心间隙的半径较为接近。这些金属与四个氮原子中的两个氮原子以原子键结合,与另两个氮原子以配价键结合这类叫稳定型; 另一类如含钠、钾、钡、镉、镁、铅等,金属原子的原子半径过长,不能和酞菁形成配价键,只能与两个氮原子以原子链结合成盐。前者,用浓硫酸处理,金属也不脱掉; 稍溶于有机溶剂; 可在高温真空下升华。后者,遇酸或水,金属很容易脱掉; 不溶于有机溶剂; 在高温真空下也不升华。酞菁分子中的四个苯环较易发生取代反应,也容易磺化。由酞菁衍生的染料有直接染料、硫化染料、还原染料、酜酞罗近染料 (酞菁素)、特殊水溶性染料和活性染料等。金属酞菁由邻苯二甲酸酐或邻苯二甲腈与金属或金属盐共热制得。

【酞菁颜料】

酞菁颜料是重要的有机颜料。其色谱主要是蓝色和绿色。色泽鲜艳,着色力强。具有优良的耐候性、耐热性、耐溶剂性、耐酸性和耐碱性。广泛应用于油漆、油墨、塑料的着色,涂料印花,合成纤维的原浆着色等。还可作为催化剂、润滑脂、电子照相感光剂、太阳能电池等应用。最主要的品种是铜酞菁 (酞菁蓝)。无金属酞菁也有少量使用。铜酞菁有多种晶型,通常使用的是α型和β型。将其苯环上的氢原子用卤素取代,色调即由蓝色变绿色。

酞菁是由四个吡咯核组成而具有㗊结构的染料。依分子轨道理论,具有这种结构的共轭体系是很稳定的。

铜、钴、镍等金属酞菁颜料具有优良的性能,尤其是铜酞菁颜料的用途广泛。这种颜料可以用邻-苯二甲酸酐和尿素、氯化亚铜在钼酸铵等催化剂作用下加热熔融制备。

酞菁颜料具有很高的日晒牢度和耐酸、耐碱、耐热性能,也不溶于一般有机溶剂。它们具有良好的牢度与使用性能,特别是铜酞菁及其氯化物是现代十分重要的蓝色和绿色颜料。这类颜料广泛用于制造涂料、油墨、印铁油墨、塑料、橡胶等。对织物染整,酞菁颜料除直接用于涂料印花之外,还可以制成暂溶性染料,上染纤维后再经一定处理恢复成为不溶性颜料而使纤维着色。

【合成方法】
酞菁通常由邻苯二酰衍生物的环化四聚合反应合成,即邻苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酰亚胺、邻苯二腈、1,2-二溴苯或1,3-二亚氨基异吲哚啉。制备金属衍生物最常用的方法是邻苯二腈的金属模板反应,而1,3-二亚氨基异吲哚啉是用于获得非金属酞菁。制备非金属酞菁的另一种方法是用醇钠或醇锂处理邻苯二腈,可以得到碱金属酞菁,紧接着用无机酸去掉金属得到非金属酞菁。而且,在对苯二酚、四氢嘧啶存在下加热邻苯二腈可获得非金属酞菁。目前,最常用的方法是通过邻苯二腈和异吲哚啉在高沸点有机溶剂中合成酞菁,用这两种前体合成酞菁的优势在于易提纯及产率较高。

【使用历史】

1907年Braun和Tehemiac两人在一次实验中偶然得到了一种蓝色物质,当时他们两人正在研究邻氰基苯甲酰胺的化学性质,当他们将这种无色的物质加热后得到了微量的蓝色物质,这就是现在被人们称为酞菁的化合物。1923年Diesbach等人发现可以用邻二苄溴与氰化亚铜反应制得邻二苄腈,于是他们想用邻二溴苯与氰化亚铜反应来制备邻苯二腈。可实验结果出乎他们的意料,他们并未得到所期望的邻苯二腈,而是得到一种深蓝色的物质,并且产率达到23%。这种蓝色物质就是现在被称为酞菁铜的化合物。至此,酞菁和金属酞菁化合物被发现。直到1929年,在英国的ICI公司的资助下,英国伦敦大学的Linstead教授和他的合作者开始进行这类新物质的结构测定工作。1933年他们用元素分析、质谱和氧化降解(分解产物确定为邻苯二甲酰亚胺)等手段测定了该类化合物的结构,Linstead教授便用phthalocyanine(Pc)一词来描述这类新化合物。

【网络资料参考】
酞菁是一种具有18个电子的大共轭体系的化合物,它的结构非常类似于自然界中广泛存在的卟啉,但是,与在生物体中扮演重要角色的卟啉不同的是,酞菁是一种完全由人工合成的化合物。1928年,Scottish染料厂的Grangemouth车间在大量的由邻苯甲酸酐制备邻苯二甲酰亚胺的过程中,由于玻璃管道破裂使反应直接暴露在钢制的管道外壳中,人们惊奇的发现,在白色的邻苯二甲酰亚胺中产生出一些兰色的杂质。由于这些杂质的具有鲜艳的颜色,而且对空气甚至酸碱的高稳定性,所以后来人们将其分离出来做为一种染料。

【参考资料】

吴世敏,印德麟 主编.简明精细化工大辞典.沈阳:辽宁科学技术出版社.
林崇德,姜璐,王德胜 主编;王德胜 分卷主编.中国成人教育百科全书·化学·化工
http://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB3258727.htm
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%85%9E%E8%8F%81
http://baike.baidu.com/view/526190.htm

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酞菁2014/1/29 19:41:27
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