甲酰化酞菁铜的制备及应用研究+文献综述(4)
1.2.2 酞菁及酞菁铜的结构
酞菁是具有四氮杂四苯并卟啉结构的化合物，分子结构与叶绿素和血红素等天然物质的结构非常相似。在酞菁分子中，通过α位联结4个吡咯环的甲基被氮原子取代，而吡咯环上的α氢又被苯环所替代。酞菁也可以看作是由4个异吲哚环组成封闭的十吹冰员环，碳和氮在环上交替地排列形成一个环状轮烯结构。酞菁分子本身是具有18个π电子的大π共轭体系，电子密度分布均匀，各个碳氮键的键长几乎相等，酞菁结构如图1.1所示；酞菁环组成二文共轭π电子体系，在此体系中，18个π电子分别于内环C-N位[1]，在红外光区酞菁具有强烈的吸收。
图1.1 酞菁 图1.2 金属酞菁(MPc)
在酞菁分子结构中，环内是一个直径约为2.7×10-10m 的孔穴，孔穴内可以容纳多种金属元素或非金属元素。酞菁分子中心的2个氢原子被不同的元素取代后与氮原子形成共价键，其余2个氮原子以配位键与中心元素键合成稳定的配合物。与酞菁形成配合物的主要是金属元素，通常称为金属酞菁(MPc) [2],结构如图1.2所示，具有D2n点群对称性。由于酞菁及金属化合物的热稳定性，其在空气中加热到400~500℃不发生明显分解，加上酞菁化合物种类的多样性和其表现出的优异性能，使得酞菁的基础研究和应用研究得以广泛进行。
1.2.3 酞菁及酞菁铜的性质和应用
酞菁的分子结构，是一个具有18个π电子的大兀共轭体系，形成一个大的杂环结构，完全为一个平面，使得结构非常稳定。环的中心是一个直径大约0.27nm的空间，可以容纳金属元素与其络合，金属铜(Ⅱ)离子的直径与这个尺寸最接近，从结构上说，铜酞菁是金属酞菁中最稳定的。迄今除了铜酞菁，已经合成的金属酞菁超过40种，其中可以用于商业化颜料的很少，有少数品种可以用作染料。
作为颜料，铜酞菁是各种酞菁中最重要的，不仅产量最大，而且各项性能优秀，不仅耐有机溶剂、耐酸碱、耐化学腐蚀等性能优异，而且耐光、耐候、耐温也很好，可以广泛被涂料、塑料、油墨等行业采用。酞菁铜的结构及其能级特点决定了它具有很多优良的功能特性。这些性质已经或将在很多领域中得以广泛的应用，如利用它的光电导性可以制备出性能优良的液晶光阀。利用气敏性可制备出灵敏的气体传感器。利用酞菁铜的光伏效应可制备出性能稳定、廉价的太阳能电池等等。
铜酞菁还可以经过不同反应度的磺化、氯磺化、氯甲基化，作为染料使用，也可以颜料衍生物的形式，用于颜料的表面处理改性(起协同增效剂的作用) [3]。
1.2.4 取代酞菁的性质及应用
根据取代基取代位置的不同，可以把酞菁配合物分为α位取代和β位取代。在酞菁环的1-28个位置中，1、4、8、1l、15、18、22、25位称α位，2、3、9、10、16、17、27、23、24称β位。在相应的位置引入取代基，则相应的称为α位取代和β位取代。
目前，酞菁环内已经和70多种金属或非金属结合而得到不同中心原子的酞菁配合物[4]，而且，在酞菁的苯环上也能方便地引入多种取代基，从而通过对内部中心原子和外围取代基的化学修饰，可以得到不同光学性能的新材料。取代酞菁类型有以下几种：以B、A或C代表组成酞菁的四个异吲哚单元上的取代基,BBBB代表对称的酞菁,BBBA指三种取代基相同,一种取代基不同的菁,BABA、BBAA、BABC等类型不对称结构，依次类推。取代酞菁结构如图1.3和1.4所示。