Synthesis and physicochemical properties of novel fluorinated phthalocyanines

Przedmiotem badań przedstawionej pracy dyplomowej było otrzymanie, charakterystyka spektroskopowa, fotofizyczna, spektro/elektrochemiczna wybranych perfluorowanych ftalocyjanin indu (III) 12, galu (III) 13 oraz glinu (III) 14. Wymienione ftalocyjaniny zostały otrzymane w reakcji perfluoro-(4,5-diizopropylo)ftalonitrylu 2 z trójchlorkiem indu, galu i glinu. Uzyskano bardzo dobre wydajności reakcji (ok. 50 %). Ponadto, podjęto próby syntezy niesymetrycznej ftalocyjaniny cynku. W pracy opisano syntezę prekursora do otrzymania wspomnianej ftalocyjaniny, tj. kwasu 4,5-dicyjano-2-metylo-benzoesowego (9). Wszystkie otrzymane związki zostały scharakteryzowane przy użyciu metod spektroskopowych (MALDI-MS, ESI-MS, FT-IR, NMR, UV-Vis, 19F NMR, 13C NMR, 1H NMR) oraz analizy elementarnej. Przeprowadzone badania potencjałów redoks wykazały podatność otrzymanych barwników na redukcję i całkowitą odporność na procesy utleniania w badanych zakresach potencjałów. Ponadto, otrzymane ftalocyjaniny indu 12, galu 13 oraz glinu 14 charakteryzują się bardzo wysokimi molowymi współczynnikami absorpcji (powyżej 200 000 M-1cm-1), silną absorpcją w zakresie widzialnym widma UV-Vis, oraz fluorescencją silnie uzależnioną od metalu obecnego we wnęce ftalocyjaniny. Badając zależność absorbancji od stężenia stwierdzono, że obecność grup perfluoro-izo-propylowych skutecznie zapobiega procesom agregacji badanych ftalocyjanin w roztworach. Badane ftalocyjaniny charakteryzują się bardzo wysoką trwałością termiczną co potwierdzono wykonując analizę termograwimetryczną (TGA).

The main objective of this study was to obtain and characterize three perfluoro-phthalocyanines with indium, gallium and aluminum incorporated in the phthalocyanine macrocycle. These phthalocyanines were obtained by reacting perfluoro-(4,5-di-iso-propyl)phthalonitrile with the corresponding indium, gallium or aluminum chlorides. Attempts to synthesize the unsymmetrical zinc phthalocyanine were made. The synthesis and characterization of 4,5-dicyanine-2-methyl benzenoic acid, as the precursors for phthalocyanine under discussion was described. The redox properties of perfluorinated materials were examined by cyclic voltammetry (CV) indicating complete resistance of these materials to oxidation and susceptibility to reduction (n-type material). The spectroelectrochemical analysis indicates that the redox processes observed are ring-centered. Thermogravimetric analysis points to exceptional thermal stability of indium, gallium and aluminum perfluoro-phthalocyanines. Presence of bulky perfluoro-iso-propyl groups prevents aggregation of these dyes both in solution and in solid. Fluorescence quantum yields of indium, gallium and aluminum phthalocyanines strongly depends on the metal incorporated into the phthalocyanine macrocycle.