Ftalocianina de cobre

La ftalocianina de cobre (CuPc), también llamada azul de ftalocianina , azul ftalo y muchos otros nombres, es un pigmento sintético azul, cristalino y brillante, del grupo de los colorantes basados ​​en ftalocianinas . Su azul brillante se utiliza con frecuencia en pinturas y tintes . Es muy valorado por sus propiedades superiores, como solidez a la luz, poder colorante, poder cubriente y resistencia a los efectos de los álcalis y ácidos . Tiene el aspecto de un polvo azul, insoluble en la mayoría de los disolventes, incluida el agua.

El descubrimiento de las ftalocianinas metálicas se remonta a la observación de subproductos intensamente coloreados de las reacciones del ácido ftálico (ácido benceno-1,2-dicarboxílico) o sus derivados con fuentes de nitrógeno y metales. El CuPc (ftalocianina de cobre) se preparó por primera vez en 1927 mediante la reacción de cianuro de cobre (I) y o -dibromobenceno , que produce principalmente ftalonitrilo incoloro , así como un subproducto intensamente azul. Un par de años más tarde, los trabajadores de Scottish Dyes observaron la formación de trazas de colorantes de ftalocianina en la síntesis de ftalimida por la reacción de anhídrido ftálico y amoníaco en presencia de hierro metálico. En 1937, DuPont comenzó a producir ftalocianina de cobre azul en los EE. UU. bajo el nombre comercial Monastral Blue después de que se hubiera lanzado previamente en Gran Bretaña ( ICI ) y Alemania ( IG Farbenindustrie ) en 1935. ^[1]

Se experimentaron dificultades para formar dispersiones estables con las primeras formas alfa, especialmente en mezclas con titanio rutilo , donde el pigmento azul tendía a flocular . La forma beta era más estable, al igual que la forma alfa estabilizada mejorada. Hoy en día, hay incluso más formas isoméricas disponibles.

La sustancia, cuyo nombre IUPAC es (29 H ,31 H -ftalocianinato(2−)- N 29, N 30, N 31, N 32)cobre(II), se conoce con muchos nombres ^[2] como azul monastral , azul ftalo , azul helio , ^[3] azul talo , azul Winsor , ^[4] azul de ftalocianina , CI Pigment Blue 15:2 , ^{[5] [6]} azul de ftalocianina de cobre , ^[7] tetrabenzoporfirazina de cobre , ^[8] Cu-ftaloazul , ^[9] PB15.2 , ^{[10] [11] [12]} CI 74160 , ^{[13] [14] [15]} y British Rail Blue. ^[16] Existen otros numerosos nombres comerciales y sinónimos. ^[17] También se utiliza la abreviatura "CuPc". ^[18]

Dos procesos de fabricación han adquirido importancia comercial para la producción de ftalocianina de cobre:

• El proceso de ftalonitrilo , utilizado principalmente en Alemania
• El proceso anhídrido ftálico / urea , desarrollado en Gran Bretaña y en Estados Unidos.

Ambos métodos se pueden llevar a cabo sin (proceso de horneado) o con disolvente (proceso con disolvente). Se pueden lograr mayores rendimientos con el proceso con disolvente (> 95%) que con el proceso de horneado (70 a 80%), por lo que inicialmente el proceso con disolvente ha suscitado más interés. Sin embargo, las tendencias recientes muestran una tendencia inversa para el proceso de horneado, principalmente por motivos económicos y ecológicos (sin disolventes, plazo de entrega más corto).

Este método implica calentar el ftalonitrilo con una sal de cobre, normalmente cloruro de cobre (I), a una temperatura de entre 200 °C y 240 °C. La ecuación general de la reacción del ftalonitrilo se puede escribir de la siguiente manera:

${\displaystyle {\ce {4 C6H4(CN)2 + Cu^2+ + 2e- -> CuPc}}}$

La ecuación de reacción bruta del anhídrido ftálico y la urea se puede escribir de la siguiente manera:

${\displaystyle {\ce {4 C6H4(CO)2O + 4(NH2)2CO + Cu^2+ + 2e- -> CuPc + 8H2O + 4CO2 + 4NH3}}}$

Las ftalocianinas metálicas se han estudiado desde hace mucho tiempo como catalizadores de reacciones redox. Las áreas de interés son la reacción de reducción de oxígeno y la endulzamiento de corrientes de gas mediante la eliminación de sulfuro de hidrógeno . ^{[ cita requerida ]}

Debido a su estabilidad, el azul de ftalo también se utiliza en tintas , revestimientos y muchos plásticos . El pigmento es insoluble y no tiene tendencia a migrar en el material. Es un pigmento estándar utilizado en la tinta de impresión y en la industria del embalaje. La producción industrial fue del orden de 10.000 toneladas por año en los años 1980 y 1990 solo en Japón. ^[17] El pigmento es el pigmento de mayor volumen producido. ^[19]

Todos los principales fabricantes de pigmentos para artistas producen variantes de ftalocianina de cobre, denominadas con índice de color PB15 (azul) e índices de color PG7 y PG36 (verde).

Un componente común en la paleta de los artistas, el azul ftalo es un azul frío con una tendencia al verde. Tiene un poder colorante intenso y domina fácilmente la mezcla cuando se combina con otros colores. Es un color de tinción transparente y se puede aplicar mediante técnicas de veladura.

Está presente en una amplia variedad de productos, ^[20] como acondicionadores para el cabello con deposición de color, ^[21] bolígrafos de tinta en gel, parches para los ojos, perfumes, champús, productos para el cuidado de la piel, jabones, protectores solares, tintas para tatuajes, ^[22] pastas de dientes, ^[23] e incluso colorantes para césped. ^[24]

El CuPc se ha investigado a menudo en el contexto de la electrónica molecular . Es potencialmente adecuado para células solares orgánicas debido a su alta estabilidad química y crecimiento uniforme. ^{[25] [26]} El CuPc generalmente desempeña el papel de donante de electrones en células solares basadas en donante/ aceptor . Una de las arquitecturas de donante/aceptor más comunes es CuPc/C ₆₀ ( buckminsterfullereno ), que rápidamente se convirtió en un sistema modelo para el estudio de pequeñas moléculas orgánicas. ^{[27] [28]} La eficiencia de conversión de fotones a electrones en dicho sistema alcanza aproximadamente el 5%.

El CuPc también se ha investigado como un componente de transistores de efecto de campo orgánicos . ^[29] Se ha sugerido la ftalocianina de cobre (CuPc) para el almacenamiento de datos en computación cuántica , debido al tiempo que sus electrones pueden permanecer en superposición. ^[30] El CuPc se puede procesar fácilmente en una película delgada para su uso en la fabricación de dispositivos, lo que lo convierte en un candidato atractivo para qubit . ^[31]

Aproximadamente el 25% de todos los pigmentos orgánicos artificiales son derivados de ftalocianina. ^[32] Los colorantes de ftalocianina de cobre se producen introduciendo grupos solubilizantes, como una o más funciones de ácido sulfónico . Estos colorantes encuentran un uso extensivo en varias áreas de teñido textil (colorantes directos para algodón ), para teñido por hilado y en la industria del papel . El azul directo 86 es la sal de sodio del ácido CuPc- sulfónico , mientras que el azul directo 199 es la sal de amonio cuaternario del ácido CuPc-sulfónico. Las sales de amonio cuaternario de estos ácidos sulfónicos se utilizan como colorantes solventes debido a su solubilidad en solventes orgánicos , como el Azul Solvento 38 y el Azul Solvento 48. El colorante derivado de la ftalocianina de cobalto y una amina es el Colorante Ftalógeno IBN. El 1,3-diiminoisoindoleno, el intermedio formado durante la fabricación de ftalocianina, utilizado en combinación con una sal de cobre produce el colorante GK 161.

La ftalocianina de cobre también se utiliza como materia prima para la fabricación de ftalocianina verde G.

Otros pigmentos azules de ftalocianinas relacionados y disponibles comercialmente son:

• Pigmento azul 16: ftalocianina sin metales
• Pigmento azul 75 – ftalocianina de cobalto
• Pigmento azul 79 – ftalocianina de aluminio

La ftalocianina de cobre es un complejo de cobre (II) con la base conjugada de la ftalocianina , es decir, Cu ²⁺ Pc ²⁻ . La descripción es análoga a la de las porfirinas de cobre, que también se derivan formalmente por doble desprotonación de las porfirinas. CuPc pertenece al grupo puntual D _4h . Es paramagnético con un electrón desapareado por molécula.

La sustancia es prácticamente insoluble en agua (< 0,1 g/100 ml a 20 °C (68 °F)), ^[34] pero soluble en ácido sulfúrico concentrado. ^[17] La ​​densidad del sólido es ≈1,6 g/cm ³ . ^[17] El color se debe a una transición electrónica π–π*, con λ _max ≈ 610 nm. ^[35]

El CuPc cristaliza en diversas formas (polimorfos). Se han identificado cinco polimorfos diferentes: ^{[36] [37] [38] [39]} fases α, β, η, γ y χ. Las dos estructuras más comunes en el CuPc son la fase β y la fase α metaestable. Esas fases se pueden distinguir por la superposición de sus moléculas vecinas. La fase α tiene una superposición mayor y, por lo tanto, un espaciamiento Cu-Cu más pequeño (≈3,8 Å) en comparación con la fase β (≈4,8 Å). ^[40]

El compuesto no es biodegradable, pero no es tóxico para los peces ni las plantas. ^[17] No se han asociado peligros específicos con este compuesto. ^{[41] Se estima que} _{la DL50} oral en mamíferos es mayor de 5 g por kg, sin efectos nocivos encontrados a ese nivel de ingestión, ^[17] para la ingestión crónica, la dosis estimada de baja preocupación fue de 0,2 mg/kg por día en ratas. ^[17] No hay evidencia que indique efectos cancerígenos. ^[17] Se ha descubierto que la ftalocianina sulfonada causa defectos neuroanatómicos en embriones de pollo en desarrollo cuando se inyecta directamente en huevos en incubación. ^[42]

• Verde ftalocianina G
• Libreas corporativas de British Rail § Rail Blue : uso del pigmento como librea estándar para los trenes de British Rail desde 1965 en adelante.
• El placer de pintar : en la exposición se utilizó con frecuencia pintura al óleo a base de pigmentos.
• Lista de colores

• Descubrimiento de un nuevo pigmento: el “azul monastral” ^[usurpado] colorantshistory.org
• Patrick Linstead habla sobre la ftalocianina Imperial College London, Departamento de Química