Синтез новых металлокомплексов N- и О-ацилированных фталоцианинов
Влияние периферийного окружения молекулы на химические свойства металлокомплексов. Оптимизация и технологическое оформление синтеза 4-ациламино- и 4-ацилоксифталодинитрилов. Получение металлокомплексов фталоцианинов на основе разработанных прекурсоров.
Рубрика | Химия |
Вид | автореферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 14.12.2017 |
Размер файла | 241,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Работа выполнена на кафедре технологии тонкого органического синтеза Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет»
Научные руководители:
доктор химических наук, профессор Шапошников Геннадий Павлович
доктор химических наук, с.н.с Майзлиш Владимир Ефимович
Официальные оппоненты:
доктор химических наук, профессор Семейкин Александр Станиславович
ГОУВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет»
доктор химических наук, профессор Березин Михаил Борисович
Институт химии растворов Российской академии наук (г. Иваново)
Ведущая организация:
Ярославский государственный технический университет
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Разработка методов синтеза новых соединений с полезными прикладными свойствами, создание малотоннажных технологий их получения являются весьма важными для современной химии. В этой связи исследование свойств органических соединений в аспекте «структура - свойства», необходимое для целенаправленного синтеза веществ, является одним из основных направлений органической химии и химической технологии органических веществ. В решении этой проблемы пристальное внимание уделяется фталоцианину (H2Pc), его металлокомплексам (MPc) и их многочисленным производным, благодаря богатейшим возможностям химической модификации этих соединений.
Наиболее изученным способом модификации фталоцианина является введение функциональных заместителей в бензольные кольца. К настоящему времени получено и охарактеризовано множество замещенных фталоцианинов, различающихся между собой количеством, положением и природой функциональных групп. Однако, сведения о N- и О-ацилированных соединениях этого ряда ограничены, хотя такие фталоцианины должны обладать рядом потенциально полезных прикладных свойств. Малочисленность данных вызвана или отсутствием, или трудностью получения исходных соединений для синтеза подобных комплексов, в частности N- и О-ацилированных гидрокси- и аминофталодинитрилов. Практически отсутствуют данные, касающиеся технологических вопросов их получения.
В этой связи исследование, направленное на разработку научных основ синтеза и технологии получения замещенных N- и О-ацилированных фталодинитрилов, фталоцианинов на их основе, изучение их физико-химических свойств, является научно обоснованным и актуальным.
Цель работы: Синтез новых металлокомплексов N- и О-ацилированных фталоцианинов и установление влияния периферийного окружения молекулы на оптические, жидкокристаллические, каталитические и другие физико-химические свойства, а также выявление перспектив практического использования полученных комплексов. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие конкретные задачи:
· Разработка методов синтеза 4-ациламино- и 4-ацилоксифталодинитрилов, оптимизация и технологическое оформление процесса их получения;
· Получение металлокомплексов тетразамещенных фталоцианинов на основе разработанных прекурсоров, изучение физико-химических свойств, а также выявление областей их практического использования.
Научная новизна. Синтезированы новые фталодинитрилы, содержащие в своем составе сложноэфирные и амидные группировки, взаимодействием которых с солями металлов впервые получены соответствующие МРс.
Разработаны методики сульфирования замещенных тетра-4-бензоиламино(окси)фталоцианинов с получением соответствующих сульфокислот.
Изучено влияние природы заместителей в молекулах тетразамещенных фталоцианинов на ряд их физико-химических свойств (спектральные характеристики, устойчивость к термоокислительной деструкции на воздухе, мезоморфизм, каталитическая активность в реакциях окисления сернистых соединений).
Научная и практическая значимость. Результаты исследований являются определенным вкладом в химию и технологию фталоцианинов и представляют собой этап в развитии подходов целенаправленного синтеза соединений с заранее прогнозируемым комплексом полезных свойств.
Разработаны научные основы технологии получения новых замещенных бензоилокси(амино)фталодинитрилов. Предложенные методы получения обеспечивают их доступность в качестве прекурсоров для синтеза МРс. Проведена оптимизация процесса О-ацилирования 4-гидроксифталодинитрила хлорангидридами замещенных бензойных кислот.
Ряд синтезированных комплексов меди проявляют жидкокристаллические свойства. Показано влияние молекулярный структуры фталоцианина на способность формирования мезофаз.
Тетра-4-[(4'-{[4”-(октилокси)бензоил]окси}бензоил)окси]фталоцианин меди предложен как жирорастворимый краситель для крашения полимерных материалов и парафинов. Сульфокислоты тетра-4-бензоилокси(амино)фталоцианины обладают сродством к целлюлозному волокну и могут быть использованы как прямые красители.
Водорастворимые аммонийные соли сульфокислот кобальтовых комплексов обладают каталитической активностью в процессах сероочистки.
Настоящая работа выполнена в рамках госбюджетных тем ИГХТУ «Теоретическое обоснование и разработка синтетических аналогов природных порфиринов различного назначения» и «Разработка методов синтеза новых аналогов природных порфиринов - макрогетероциклических соединений, модифицированных по периферии, их предшественников, а также металлокомплексов» по заказ-наряду Минобразования и науки РФ, а также при финансовой поддержке Минобразования и науки РФ, грант РПН 2.2.1.1.7280 «Развитие механизмов интеграции учебного и научного процесса в области наноматериалов в рамках регионального научно-образовательного центра «Жидкие кристаллы».
Апробация работы. Результаты докладывались и обсуждались на Международной конференции по органической химии «Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до современности» (Санкт-Петербург, 2006), VI Международной научной конференции «Лиотропные жидкие кристаллы» (Иваново, 2006), I Региональной конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново, 2006), XXIX Научной сессии Российского семинара по химии порфиринов и их аналогов «Достижения и перспективы развития координационной химии порфиринов. Итоги 50-летних исследований» (Иваново, 2006), Научных конференциях фестивалей студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодая наука в классическом университете» (Иваново, 2005 - 2007), Всероссийской научной конференции «Природные макроциклические соединения и их синтетические аналоги» (Сыктывкар, 2007).
Результаты изучения жидкокристаллических свойств полученных фталоцианинов меди удостоены диплома и премии имени И.Г.Чистякова в конкурсе работ молодых ученых, проводимого в рамках регионального научно-образовательного центра «Жидкие кристаллы» (2007г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей и 9 тезисов докладов.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, экспериментально-методической части, обсуждения результатов и выводов. Работа содержит 11 таблиц, 42 рисунка, список цитируемой литературы, включающий 151 наименование.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность и сформулирована цель работы.
1. Литературный обзор. В литературном обзоре рассмотрены строение, физико-химические свойства и методы получения Н2Рс, МРс, тетрагидрокси(амино)металлофталоцианинов и их производных, а также монозамещенных фталодинитрилов. Проанализированы литературные данные по спектральным, жидкокристаллическим и каталитическим свойствам замещенных МРс. Из обзора литературы сделан вывод об актуальности темы исследования, сформулированы цель и основные задачи работы.
2. Экспериментально-методическая часть. В этой части приведены методики синтеза, исследования каталитических, жидкокристаллических и других свойств полученных соединений, а также характеристики приборов, используемых для изучения строения и физико-химических свойств (элементный анализ, ИК, ЯМР 1Н и электронная спектроскопия, хромато-масс-спектрометрия, термогравиметрия и др.).
3. Обсуждение результатов.
3.1. Синтез монозамещенных фталодинитрилов. На первом этапе работы были разработаны методы синтеза 4-бензоиламино- и 4-бензоилоксифталодинитрилов, содержащих различные заместители в ацильном фрагменте, путем ацилирования 4-амино- и 4-гидроксифталодинитрилов хлорангидридами замещенных бензойных кислот в среде пиридина.
С целью оптимизации технологических параметров процесса ацилирования с использованием экспериментальных данных предложена математическая модель ацилирования 4-гидроксифталодинитрила, связывающая выход целевого продукта с температурой реакции и продолжительностью проведения реакции.
На примере получения 4-{[4'-(ундецилокси)бензоил]окси} фталодинитрила показано, что оптимальными условиями являются: мольное соотношение (4-(ундецилокси)бензойная кислота: 4-гидроксифталодинитрил) 1:1, температура 84 оС и продолжительность процесса 17 часов. Найденный оптимальный режим ацилирования применим и для получения других ацилированных фталодинитрилов.
Синтезированные фталодинитрилы были идентифицированы с помощью данных элементного анализа, ИК и ЯМР 1Н спектроскопии, хромато-масс-спектрометрии.
Рис. 1. Хроматограмма 4-(бензоиламино)фталодинитрила (16)
Рис. 2. Масс-спектр 4-(бензоиламино)фталодинитрила (16)
Методом хромато-масс-спектрометрии показано, что в ходе синтеза и очистки фталодинитрилов были получены индивидуальные соединения. Так, например, на хроматограмме 4-(бензоиламино)фталодинитрила (16) обнаружен единичный пик, соответствующий целевому продукту (рис. 1).
В масс-спектре (ионизация электронным ударом) этого соединения отмечен сигнал молекулярного иона с m/z 247 (М+, 100 %), а также сигнал с m/z 121 (M+-126, 35 %), соответствующий амиду бензойной кислоты, образующемуся в результате фрагментации молекулы (16) (рис. 2).
В ЯМР 1Н спектрах синтезированных динитрилов в области сильного поля проявляются сигналы протонов алкоксильного заместителя, положение которых практически не зависит от природы углеводородного радикала, а в слабом - сигналы протонов бензольного кольца остатков замещенных бензойных кислот и фталодинитрила.
В ИК спектрах всех синтезированных фталодинитрилов отмечены полосы поглощения в области 2232-2240 см-1, соответствующие колебаниям нитрильных групп, и в интервале 1670-1750 см-1, характерные для колебаний С=О сложноэфирных и амидных группировок. Кроме того, наблюдаются полосы поглощения, отвечающие колебаниям функциональных групп, входящих в состав молекул фталодинитрилов, например, при 2848-2930 см-1, соответствующие валентным, а в области 1460-1480 и 1340-1391 см-1 - деформационным асимметричным и симметричным колебаниям связей C-H метильных и метиленовых групп.
В результате изучения влияния малых добавок (3 %) динитрилов 10, 22, 28 на диэлектрические свойства жидкокристаллических смесей на основе цианобифенилов, показано, что эти соединения могут найти применение как немезоморфные добавки к данным ЖК смесям для повышения анизотропии диэлектрической проницаемости без заметного ухудшения вязкоупругих характеристик.
В связи с тем, что ацилированные фталодинитрилы могут найти свое применение не только как прекурсоры для синтеза соответствующих МРс, но и в других областях науки и техники на примере 4{[4'-(ундецилокси)бензоил]окси}фталодинитрила разработана принципиальная технологическая схема их получения (рис. 3.), включающая в себя следующие стадии: получение хлорангидрида 4- ундецилоксибензойной кислоты (1), О-ацилирование 4-гидроксифталодинитрила полученным хлорангидридом (1), выделение продукта ацилирования (1), фильтрация и промывка (2), сушка (3), экстракция ацетоном (4), фильтрация и промывка (5), экстракция хлороформом (6), фильтрация и промывка (7), выделение целевого продукта (8), фильтрация (9) и сушка готового продукта (10).
Рис. 3. Принципиальная технологическая схема получения 4{[4'-(ундецилокси)бензоил]окси}фталодинитрила
Предложенная принципиальная технологическая схема может быть использована и для получения других ацилокси- и ациламинофталодинитрилов.
С целью изучения влияния положения сложноэфирной группировки в заместителе на физико-химические свойства фталодинитрилов и соответствующих фталоцианинов были получены [(п-алкоксикарбонил)фенокси]фталодинитрилы, путем взаимодействия хлорангидрида 4-(4-карбоксифенокси)фталодинитрила со спиртами.
Индивидуальность синтезированных фталодинитрилов (30-37), как и в случае N- и О-ацилированных фталодинитрилов, была подтверждена данными элементного анализа и ИК-спектроскопии.
В ИК спектрах [(п-алкоксикарбонил)фенокси]фталодинитрилов отмечены полосы, характерные для функциональных заместителей, как у ацилированных фталодинитрилов, а также появляется поглощение в области 1244-1292 см-1, вызванное наличием арилоксигрупп.
3.2. Синтез и физико-химические свойства тетразамещенных фталоцианинов. На втором этапе работы осуществлен синтез МРс на основе полученных прекурсоров взаимодействием последних с солями металлов при 170-175 оС (38-63) и 200 оС (64-71).
металлокомплекс фталоцианин синтез
А Б
А: М = Сu (x=1) (a), Ni (x=4) (б), Zn (x=2) (в), Co (x=2) (г);
Б: R = C3H7(64), C4H9(65), C5H11(66), i-C5H11(67), C6H13(68), C7H15(69), C8H17(70), C9H19(71)
Растворимость синтезированных комплексов в органических растворителях позволило применить для их очистки жидкостную колоночную хроматографию на окиси алюминия.
Физико-химические свойства полученных фталоцианинов в значительной степени определяются природой функциональных заместителей. Наличие в их составе наряду со сложноэфирными или амидными группами алкильных цепочек придает комплексам растворимость в органических растворителях (хлороформ, бензол, ДМФА).
Состав и строение полученных фталоцианинов подтверждены данными элементного анализа, ИК, ЯМР 1Н и электронной спектроскопией. В ИК спектрах комплексов обнаружены полосы поглощения характерные для соединений фталоцианинового ряда, кроме того, сохраняются полосы поглощения, типичные для функциональных заместителей и отмеченные в спектрах соответствующих фталодинитрилов.
Спектры ЯМР 1H синтезированных фталоцианинов практически аналогичны по характеру и содержат сигналы алифатических протонов в сильном поле и ароматических протонов в слабом поле, кроме того, следует отметить сдвиг в слабое поле сигналов алифатических протонов по мере удаления от электроноакцепторной карбонильной группировки, что является характерной особенностью всех алкоксисодержащих соединений.
Принимая во внимание практическую важность сульфозамещенных фталоцианинов, осуществлено сульфирование 25 %-ным олеумом при температуре 60-70 оС комплексов (38, 46, 59) с получением соответствующих сульфокислот, обладающих растворимостью в ДМФА и водно-щелочных растворах и не растворяющихся в хлороформе, бензоле, а также в воде. При переводе сульфокислот в аммонийные соли наблюдается потеря растворимости в ДМФА, но появляется растворимость в воде.
R = O; R1 = H (72), OC11H23 (73). R = NH; R1 = OC11H23 (74). M = Cu (a), Co (б).
Идентификацию комплексов (72-74) подтверждали данными элементного анализа, ИК, ЯМР 1Н и электронной спектроскопии. В ИК спектрах наряду с полосами поглощения, характерными для исходных фталоцианинов, обнаружены полосы, отвечающие колебаниям сульфогрупп (нSO2, 1200 см-1).
Исследуя термоокислительную устойчивость полученных комплексов, с некоторым приближением можно предположить, что термодеструкция протекает в три этапа. Вероятно, на первом при нагревании до 175 оС происходит удаление растворителя, на втором (180 - 350 оС) имеют место превращения, связанные с участием периферийных групп, а затем при более высоких температурах идет окончательное разрушение макрокольца с получением оксидов кобальта или меди.
Сопоставление ЭСП в органических растворителях синтезированных комплексов (38-63) со спектрами незамещенных МРс и тетра-4-гидрокси(амино)фталоцианинов показывает, что наличие в качестве заместителей ациламино-, ацилокси- и арилоксигрупп приводит к батохромному сдвигу длинноволновой полосы поглощения по сравнению с незамещенным Рс и гипсохромному сдвигу по сравнению с тетра-4-гидрокси(амино)фталоцианинами.
Таблица 1
Электронные спектры синтезированных фталоцианинов
№ |
Соединение |
лmax, нм (lg е) |
|||
CHCl3 |
ДМФА |
H2SO4 |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
38а |
CuPc(4-OCOC6H5)4 |
616, 671 |
612, 671 |
838 |
|
38г |
CoPc(4-OCOC6H4)4 |
663 |
665 |
814 |
|
39а |
СuPc(4-OCOC6H4OC3H7)4 |
612, 673 |
610, 671 |
833 |
|
40а |
СuPc(4-OCOC6H4OC5H11)4 |
613, 673 |
615, 670 |
835 |
|
40в |
ZnPc(4-OCOC6H4OC5H11)4 |
644, 674 |
672 (5/07) |
823 |
|
41а |
СuPc(4-OCOC6H4OC6H13)4 |
613, 672 |
614, 671 |
835 |
|
41б |
NiPc(4-OCOC6H4OC6H13)4 |
621, 664 |
622, 665 |
725, 812 |
|
42а |
СuPc(4-OCOC6H4OC7H15)4 |
611, 673 |
618, 671 |
836 |
|
43а |
СuPc(4-OCOC6H4OC8H17)4 |
611, 672 |
617, 670 |
835 |
|
43б |
NiPc(4-OCOC6H4OC8H17)4 |
623, 664 |
622, 665 |
727 ,812 |
|
43в |
ZnPc(4-OCOC6H4OC8H17)4 |
643, 672 |
673 (5.00) |
825 |
|
44а |
СuPc(4-OCOC6H4OC9H19)4 |
612, 673 |
615, 617 |
833 |
|
45а |
СuPc(4-OCOC6H4OC10H21)4 |
611, 672 |
610, 671 |
836 |
|
46а |
СuPc(4-OCOC6H4OC11H23)4 |
613, 672 |
612, 672 |
835 |
|
46в |
ZnPc(4-OCOC6H4OC11H23)4 |
648, 675 |
672 (4.81) |
827 |
|
46г |
СoPc(4-OCOC6H4OC11H23)4 |
666 |
665 |
820 |
|
47а |
СuPc(4-OCOC6H4OCOC11H23)4 |
616, 672 |
611, 672 |
838 |
|
48а |
СuPc(4-OCOC6H4OCOC6H4C7H15)4 |
614, 672 |
618, 670 |
832 |
|
49а |
СuPc(4-OCOC6H4OCOC6H4OC8H17)4 |
617, 672 |
615, 670 |
837 |
|
49б |
NiPc(4-OCOC6H4OCOC6H4OC8H17)4 |
625, 664 |
620, 664 |
726, 812 |
|
50а |
CuPc(4-OCOC6H2-(3',4',5'-OCOC6H4OC11H23)3)4 |
619, 673 |
- |
838 |
|
50б |
NiPc(4-OCOC6H2-(3',4',5'-OCOC6H4OC11H23)3)4 |
630, 665 |
- |
722, 808 |
|
51а |
CuPc(4-NHCOC6H5)4 |
- |
622, 690 |
756, 785 |
|
51г |
CoPc(4-NHCOC6H5)4 |
- |
619, 680 |
777 |
|
52а |
CuPc(4-NHCOC6H5OC3H7)4 |
621 |
623, 690 |
758, 785 |
|
53а |
CuPc(4-NHCOC6H5OC5H11)4 |
633 |
622, 690 |
758 ,784 |
|
53в |
ZnPc(4-NHCOC6H5OC5H11)4 |
640 |
690 (5.01) |
785 |
|
54а |
CuPc(4-NHCOC6H5OC6H13)4 |
635 |
628, 692 |
760, 784 |
|
54б |
NiPc(4-NHCOC6H5OC6H13)4 |
624 |
620, 686 |
687, 770 |
|
55а |
CuPc(4-NHCOC6H5OC7H15)4 |
625 |
628, 692 |
760, 785 |
|
56а |
CuPc(4-NHCOC6H5OC8H17)4 |
624 |
630, 691 |
761, 784 |
|
56б |
NiPc(4-NHCOC6H5OC8H17)4 |
631 |
620, 687 |
687, 769 |
|
57в |
ZnPc(4-NHCOC6H5OC8H17)4 |
645 |
691 (5.02) |
784 |
|
58а |
CuPc(4-NHCOC6H5OC9H19)4 |
624 |
626, 692 |
760, 784 |
|
59а |
CuPc(4-NHCOC6H5OC10H21)4 |
626 |
623, 691 |
761, 785 |
|
59а |
CuPc(4-NHCOC6H5OC11H23)4 |
620 |
620, 690 |
765, 784 |
|
59в |
ZnPc(4-NHCOC6H5OC11H23)4 |
646 |
690 (5.01) |
785 |
|
59г |
CoPc(4-NHCOC6H5OC11H23)4 |
617 |
620, 685 |
760 |
|
60а |
CuPc(4-NHCOC6H5OCOC11H23)4 |
616 |
621, 690 |
762, 780 |
|
61а |
CuPc(4-NHCOC6H5OCOC6H4C7H15)4 |
615 |
621, 690 |
762, 783 |
|
62а |
CuPc(4-NHCOC6H5OCOC6H4OC8H17)4 |
625 |
627, 690 |
762, 784 |
|
62б |
NiPc(4-NHCOC6H5OCOC6H4OC8H17)4 |
624 |
625, 687 |
687, 769 |
|
63а |
CuPc(4-NHCOC6H2-(3',4',5'-OCOC6H4OC11H23)3)4 |
629 |
622,691 |
663, 784 |
|
63б |
NiPc(4-NHCOC6H2-(3',4',5'-OCOC6H4OC11H23)3)4 |
626 |
620, 687 |
690, 770 |
Анализируя ЭСП синтезированных N-ацилированных комплексов в хлороформе, можно отметить, что независимо от природы металла и ацильного фрагмента спектры характеризуются наличием одной широкой полосы.
Рис.3. ЭСП CuPc(4-NHCOC6H4OC8H17)4:
1 - хлороформ, 2 - ДМФА ния в области 615-630 нм. Такой характер спектра свидетельствует о сильной ассоциации молекул МРс(4-R)4 в малополярном растворителе. При смене растворителя на более полярный (ДМФА) происходит изменение характера спектра, в котором наблюдаются две интенсивные полосы поглощения в длинноволновой области (рис. 3).
ЭСП О-ацилированных фталоцианинов характеризуются наличием двух интенсивных полос поглощения, причем их соотношение зависит от концентрации фталоцианина. При разбавлении раствора интенсивность длинноволновой полосы уменьшается в меньшей степени, чем коротковолновой, что обусловлено наличием в растворе ассоциативных форм. Природа растворителя и ацильного остатка практически не влияет на положение полос поглощения. Было установлено, что в растворах органических растворителей (хлороформ, о-ксилол) тетра-4-[(4'-алкоксибензоил)окси]фталоцианины меди и цинка образуют димеры за счет р-р взаимодействий. Кроме того, комплексы, в состав которых входит координационно ненасыщенный атом цинка могут формировать димеры «сэндвичевого» типа с 1,4-диазобицикло[2,2,2]октанолом в малополярных растворителях.
Следует отметить, что во всех случаях в ДМФА наблюдается батохромное смещение полос поглощения N- ацилированных комплексов по отношению к ацилоксифталоцианинам (рис.4).
Рис. 4. ЭСП в ДМФА:
1-CuPc(4-NH-CO-C6H4-O-CO-C6H4-OC8H17)4,
2-CuPc(4-О-CO-C6H4-O-CO-C6H4-OC8H17)4 4-[(п-алкоксикарбонил)фенокси]фталоцианинов меди (64-71), отмечен небольшой батохромный сдвиг (7-9 нм) длинноволновых полос поглощения у комплексов (64-71) по отношению к О-ацилированным фталоцианинам. Вероятно, это связано с удалением в заместителе электроноакцепторной карбонильной группы от атома кислорода и как следствие повышение его электронодонорных свойств.
В зависимости от природы металла-комплексообразователя наблюдается батохромное смещение полос поглощения в последовательности: Co Ni Cu Zn.
При переходе от органических растворителей к концентрированной серной кислоте у всех синтезированных Рс имеет место значительный батохромный сдвиг полос поглощения, обусловленный процессами протонирования. Следует отметить, что в H2SO4 полосы поглощения N-ацилированных комплексов гипсохромно смещены по сравнению с соответствующими О-производными. Это связано с тем, что протонирование идет в первую очередь по аминогруппам, что, возможно, приводит к снижению основности мезо-атомов азота и как следствие этого - уменьшению степени их протонирования.
Переход от замещенных тетра-4-[(бензоил)окси]- и тетра-4-[(бензоил)амино]фталоцианинов (38, 46, 59) к их сульфокислотам сопровождается батохромным сдвигом полос поглощения в ДМФА на 10-16 нм. В ЭСП комплексов наблюдается гипсохромный сдвиг полос поглощения сульфокислот О-ацилированных Рс относительно соответствующих сульфокислот N-производных, что ранее отмечалось и для исходных соединений. В воде спектры аммонийных солей сульфокислот (72-74) характеризуются наличием одной широкой полосы поглощения, свидетельствующей о наличие ассоциации комплекса в растворе.
3.3. Перспективы практического использования. С целью определения возможных областей практического использования синтезированных фталоцианинов проведено изучение их жидкокристаллических, каталитических и колористических свойств.
Исследование жидкокристаллических свойств проводили с привлечением поляризационной микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии и рентгеноструктурного анализа. На основании полученных данных можно предположить, что исследуемые соединение образуют дискотические колончатые упорядоченные фазы.
В результате исследования мезоморфных свойств у синтезированных медных комплексов (39-50а, 52-63а, 64-71) обнаружена возможность формирования ими как термотропных, так и лиотропных мезофаз. Причем все они за исключением (47а, 48а) проявляют амфотропные свойства. Также важно отметить, что соединения 47а, 49а и тетра-4-[(п-алкоксикарбонил)фенокси]фталоцианины меди (64-71) проявляют способность к стеклованию с сохранением текстуры мезофазы, что создает предпосылки для их использования в оптоэлектронике.
Результаты исследования каталитической активности аммонийных солей сульфокислот ациламино- и ацилокси фталоцианинов кобальта (72-74б) показали, что данные комплексы обладают каталитической активностью в реакциях окисления цистеина. При сравнении эффективности окисления цистеина кислородом в присутствии известного катализатора - тетрасульфокислоты фталоцианина кобальта (TSPcCo) и испытуемых соединений обнаружено, что брутто-скорость процесса в присутствии соединения 74б примерно в три раза выше, чем в присутствии TSPcCo.
Установлено, что аммонийные соли сульфокислот медных и кобальтовых комплексов (72-74) обладают сродством к целлюлозному волокну и могут использоваться в качестве прямых красителей, окрашивая хлопчатобумажные ткани в зеленовато-голубой цвет. Ряд фталоцианинов, обладающих хорошей растворимостью в органических растворителях, могут быть использованы как жирорастворимые красители для крашения восков, углеводородов, полимерных материалов и резины.
ВЫВОДЫ
1. Разработаны научные основы технологии получения новых монозамещенных фталодинитрилов, содержащих в своем составе сложноэфирные и амидные группировки. Проведена оптимизация процесса ацилирования 4-гидроксифталодинитрила на примере синтеза 4-{[4'-(ундецилокси)бензоил]окси}фталодинитрила и предложена принципиальная технологическая схема его получения.
2. Взаимодействием полученных прекурсоров с солями металлов (медь, никель, цинк, кобальт) «нитрильным» методом синтезированы новые металлофталоцианины, содержащие в своем составе сложноэфирные и амидные группы.
3. Сульфированием некоторых ацилокси- и ациламинофталоцианинов получены соответствующие сульфокислоты и их аммонийные соли.
4. Для вновь синтезированных соединений разработаны методы очистки, а их строение установлено с привлечением комплекса физико-химических методов исследования (элементный анализ, ИК, ЯМР 1Н и электронная спектроскопия, хромато-масс-спектрометрия).
5. Изучено влияние периферийного заместителя в металлофталоцианинах и природы металла-комплексообразователя на их физико-химические свойства.
* Наличие в молекуле Рс алкильных, сложноэфирных и амидных групп обусловливает растворимость МРс в органических растворителях (хлороформ, бензол, ДМФА). Сульфированные комплексы растворяются в водно-щелочных растворах и ДМФА, но теряют растворимость в других органических растворителях. Перевод сульфокислот Рс в аммонийные соли приводит к исчезновению растворимости в ДМФА, но появлению способности растворяться в воде.
* На основании данных термогравиметрического анализа показано, что деструкция протекает, прежде всего, с участием периферийных заместителей с последующим разрушением фталоцианинового макрокольца. Температурные параметры процесса определяются характером заместителя.
6. При исследовании ЭСП установлено влияние природы заместителя, растворителя и металла-комплексообразователя на характер спектров и положение полос поглощения. Отмечено, что синтезированные комплексы в растворах находятся преимущественно в ассоциированном состоянии. По результатам проведенных исследований, можно предположить, что в случае О-ацилированных фталоцианинов димеры образуются в основном за счет р-р взаимодействий.
7. Проведено исследование синтезированных комплексов в прикладном аспекте.
* С привлечением данных поляризационной микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии и рентгеноструктурного анализа показано, что большинство синтезированных комплексов с медью формируют термотропную и лиотропную мезофазы, различной текстуры и цветовой гаммы. Кроме того, некоторые соединения проявляют способность к стеклованию с сохранением текстуры мезофазы, что создает предпосылки для их использования в оптоэлектронике. Значительно расширен ряд Рс, обладающих амфотропным мезоморфизмом, показано влияние молекулярный структуры фталоцианина на способность формирования мезофаз.
* Аммонийные соли сульфокислот ацилированных фталоцианинов кобальта проявляют каталитическую активность в реакциях окисления цистеина. Причем аммонийная соль тетра-4-[(3'-сульфо-4'-ундецилоксибензоил)амино]фталоцианина кобальта (74б) превосходит по своей активности известный катализатор сероочистки - тетрасульфофталоцианин кобальта примерно в три раза.
* Аммонийные соли сульфокислот ацилированных фталоцианинов обладают сродством к целлюлозным волокнам и могут быть использованы как прямые красители, а О-ацилированные фталоцианины меди - как жирорастворимые красители для крашения полимерных материалов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ
1. Тарарыкина, Т.В. Синтез и мезоморфные свойства алкоксибензоилпроизводных тетраамино(гидрокси)фталоцианинов меди / Т.В. Тарарыкина, В.Е. Майзлиш, Г.П. Шапошников, Н.В. Жарникова, В.В. Быкова, Н.В. Усольцева // Жидкие кристаллы и их практическое использование. - 2005. - Вып. 3-4 (13-14). - С. 21-27.
2. Кудрик, Е.В. Синтез и жидкокристаллические свойства 2,9(10),16(17),23(24)-тетра и 1,8(11),15(18),22(25)-тетра(п-карбоксифенилокси)фталоцианинов меди и их сложных эфиров / Е.В. Кудрик, А.И. Смирнова, В.Е. Майзлиш, Т.В. Тарарыкина, Г.П. Шапошников, Н.В. Усольцева / Изв. АН. Сер. химич. - 2006. - N.6. - С. 991-1000.
3. Тарарыкина, Т.В. Производные тетра-4-(бензоилокси)фталоцианины меди. Синтез и свойства / Т.В. Тарарыкина, В.Е. Майзлиш, Г.П. Шапошников, Г.А. Ананьева, В.В. Быкова, Н.В. Усольцева// Жидкие кристаллы и их практическое использование. - 2006. - Вып. 1-2 (15-16). - С. 97-104.
4. Тарарыкина, Т.В. Математическая модель и технология получения 4-[(4'-ундецилоксибензоил)окси]фталодинитрила / Т.В. Тарарыкина, С.В. Рожков, Б.Я. Солон Г.П. Шапошников // Изв. ВУЗов. Хим. и хим. технол. - 2007. - Т. 50. -Вып. 7. - С. 95-97.
5. Lebedeva, N.Sh. Dimerisation and coordination properties of zinc(II)tetra-4-alkoxybenzoyloxiphthalocyanine in to DABCO in o-xylene and chloroform / N.Sh. Lebedeva, R.S. Kumeev, G.A. Al'per, E.V. Parfenyuk, A.S. Vashurin, T.V. Tararykina- http://www.springerlink.com/content.
6. Тарарыкина, Т.В. Тетра-[4-(n-гептилбензоил)-бензоилокси]- и тетра-[4-(n-гептилбензоил)-бензоиламино]фталоцианины меди / Т.В. Тарарыкина // Молодая наука в классическом университете. Тез. докл. Научных конференций фестиваля студентов, аспирантов и молодых ученых. г. Иваново. - 2006 г. - С. 77.
7. Тарарыкина, Т.В. N- и O- ацилированные тетраамино(гидрокси)фталоцианины меди / Т.В. Тарарыкина, В.Е. Майзлиш, Г.П. Шапошников // Тез. докл. Международной конференции по органической химии «Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до современности». г. Санкт-Петербург. - 2006 г. - С. 351-352.
8. Тарарыкина, Т. В. Замещенные (4-бензоилокси)фталодинитрилы и фталоцианины меди на их основе / Т.В. Тарарыкина, В.Е. Майзлиш, Г.П. Шапошников [и др.] // Тез. докл. VI Международной научной конференции «Лиотропные жидкие кристаллы». г. Иваново. - 2006 г. - С.46.
9. Тарарыкина, Т.В. Синтез и свойства новых N- и О-ацилированных фталоцианинов меди и никеля / Т.В. Тарарыкина, В.Е. Майзлиш, Г.П. Шапошников // Тез. докл. I Региональной конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем». г. Иваново. - 2006 г. - С. 62.
10. Тарарыкина, Т.В. Синтез и свойства 4-[(3,4,5-трис{ундецилоксибензоилокси}бензоил)окси]фталодинитрила и фталоцианина меди на его основе // Т.В. Тарарыкина, В.Е. Майзлиш, Г.П. Шапошников [и др.] // Тез. докл. XXIX Научной сессии Российского семинара по химии порфиринов и их аналогов «Достижения и перспективы развития координационной химии порфиринов. Итоги 50-летних исследований». г. Иваново. - 2006 г. - С. 91-92.
11. Вашурин, А.С. Спектральное исследование состояния медь(II)-тетра-4-алкоксибензоилокси фталоцианина в растворе о-ксилола / А.С. Вашурин, Н.Ш. Лебедева, Г.П. Шапошников [и др.] // Тез. докл. XXIX Научной сессии Российского семинара по химии порфиринов и их аналогов «Достижения и перспективы развития координационной химии порфиринов. Итоги 50-летних исследований». г. Иваново. - 2006 г. - С. 35-37.
12. Тарарыкина, Т.В. Сульфозамещенные тетра-4-бензоилокси- и тетра-4-бензоиламинофталоцианины меди / Т.В. Тарарыкина, О.Г. Груздева, В.Е. Майзлиш [и др.] // Тез. докл. Всероссийской научной конференции «Природные макроциклические соединения и их синтетические аналоги». г. Сыктывкар. - 2007 г. - С. 109.
13. Тарарыкина, Т.В. N- и О-ацилированные фталоцианины / Т.В. Тарарыкина // Молодая наука в классическом университете. Тез. докл. Научных конференций фестиваля студентов, аспирантов и молодых ученых. г. Иваново. - 2007 г. - С. 109.
14. Тарарыкина, Т.В. К вопросу технологии получения 4-ацилоксифталодинитрила / Т.В. Тарарыкина, С.В. Рожков // Молодая наука в классическом университете. Тез. докл. Научных конференций фестиваля студентов, аспирантов и молодых ученых. г. Иваново. - 2007 г. - С. 110.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Комплексообразующее поведение лигандов. Основные этапы синтеза бис-формазанов. Комплексообразующие свойства формазанов с ионами меди, никеля и свинца в растворе методом спектрофотометрического титрования. Каталитическое поведение металлокомплексов.
научная работа [2,0 M], добавлен 26.02.2013Разработка методов синтеза хиноксалинопорфиразинов и их металлокомплексов. Особенности комплексных соединений природных и синтетических порфиринов, их строение и спектральные свойства. Основные способы синтеза фталоцианина и его структурных аналогов.
дипломная работа [416,8 K], добавлен 11.06.2013Виды изомеров и аналогов порфиринов. Методы синтеза макрогетероциклических соединений. Синтез металлокомплексов тетрафенилпорфина, тетрафенилпорфицена, трифенилкоррола. Попытки и результаты синтеза фенил-замещенных порфиринов и замещенных порфиценов.
магистерская работа [1,1 M], добавлен 18.06.2016Методы синтеза и химические свойства аминов. Изомерия в ряду алифатических аминов и восстановление нитросоединений. Получение первичных, вторичных ароматических аминов. Получение третичных аминов. Реагенты и оборудование и синтез бензальанилина.
курсовая работа [627,8 K], добавлен 02.11.2008Хиназолины и основные методы их синтеза. Химические свойства хиназолинов и их производных. Общие синтетические подходы для получения 4-оксохиназолинов. Взаимодействие антраниловой кислоты с изоцианатами. Процесс получения новых производных хиназолина.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 23.07.2015Стадии синтеза 3,5-динитро-4-гидрокси-пиридиноксида. Распространение методикиа синтеза пиридин N-оксидов при помощи смеси перекиси водорода и уксусной кислоты. Реакции нуклеофильного замещения. Химические свойства 3,5-динитро-4-гидроксипиридиноксида.
реферат [131,7 K], добавлен 05.02.2015Формула соединения, его названия, химические и физические свойства. Методы получения этилбензоата методом синтеза. Применение в парфюмерной промышленности, в качестве реагента в основном органическом синтезе. Расчет и экспериментальное получение вещества.
практическая работа [172,1 K], добавлен 04.06.2013Условия проведения металлотермии. Расчет состава исходной смеси и возможных реакций. Свойства восстанавливаемых оксидов. Получение марганца с помощью алюмотермии. Химические свойства полученных веществ и прекурсоров. Определение продукта реакции.
курсовая работа [111,8 K], добавлен 16.12.2015Окись этилена - один из наиболее крупнотоннажных продуктов органического синтеза. Физические и химические свойства вещества. Строение молекулы. Производство оксида этилена: синтез через этиленхлоргидрин, окисление этилена. Применение оксида этилена.
курсовая работа [5,8 M], добавлен 24.06.2008Методы синтеза ароматических соединений и поиск новых, ранее неизвестных соединений пиразольного ряда. Характеристика опасных и вредных факторов при проведении работы и методы защиты. Организация исследований и рабочего места в химической лаборатории.
дипломная работа [170,8 K], добавлен 20.05.2011