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{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel = [[Datei:Phthalocyanine 200.svg|Strukturformel von Phthalocyanin]]
| Andere Namen = *29''H'',31''H''-Tetrabenzo[''b,g,l,q''][5,10,15,20]tetraazaporphin
* 5,28:14,19-Diimino-7,12:26,21-dinitrilotetrabenzo[''c,h,m,r''][1,6,11,16]tetraazacycloeicosin
* [[Colour Index|C.I.]] Pigment Blue 16
* {{INCI|Name=CI 74100 |ID=32798 |Abruf=2020-07-06}}
| Summenformel = C32H18N8
| CAS = {{CASRN|574-93-6}}
| EG-Nummer = 209-378-3
| ECHA-ID = 100.008.527
| PubChem = 5282330
| ChemSpider = 4445497
| DrugBank = DB12983
| Beschreibung = schwarze bis dunkelblau/purpurfarbene Kristalle<ref name="ALFA" />
| Molare Masse = 514,54 g·[[mol]]−1
| Aggregat = fest
| Dichte = 1,44 g·[[Meter|cm]]−3<ref name="GESTIS" />
| Schmelzpunkt = > 300 [[Grad Celsius|°C]] (Zersetzung)<ref name="sigma">{{Sigma-Aldrich|aldrich|253103|Name=29H,31H-Phthalocyanine, β-form, 98%|Abruf=2019-12-06}}</ref>
| Siedepunkt =
| Dampfdruck =
| Löslichkeit = * nahezu unlöslich in Wasser<ref name="ALFA">{{Alfa|32073|Name=Phthalocyanine|Abruf=2019-12-06}}</ref>
* löslich in [[Schwefelsäure]]<ref name="sigma" />
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS">{{GESTIS|ZVG=23920 |CAS=574-93-6 |Name=Phthalocyanin |Abruf=2022-11-17}}</ref>
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|-}}
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| P = {{P-Sätze|-}}
| Quelle P = <ref name="GESTIS" />
}}

'''Phthalocyanin''' (von ''[[Phthalsäure]]''; und [[Griechische Sprache|gr.]] ''cyanos'', κυανός, ''blau'') ist der Namensgeber der ''Phthalocyanine'', einer Klasse [[Makrocyclische Verbindungen|makrocyclischer Verbindungen]] mit einer alternierenden Stickstoff-Kohlenstoff-Ringstruktur.<ref>The Phthalocyanines – Vols 1-4 Edited by C. C. Leznoff and A. B. P. Lever, Wiley, 1986–1993.</ref><ref>Neil B. McKeown: ''Phthalocyanine Materials - Synthesis, Structure and Function'', Cambridge University Press, 1998.</ref><ref>''The Porphyrin Handbook'', Vols. 15–20; Karl Kadish, Kevin M. Smith, Roger Guilard (eds); Academic Press, 2003.</ref> Strukturell sind sie den verwandten Klassen [[Organische Chemie|organischer]] [[Farbstoff]]e wie dem [[Porphyrin]] und den [[Cyanine]]n ähnlich. Phthalocyanine zeichnen sich durch hohe chemische und thermische Stabilität aus. Phthalocyanine – im Allgemeinen abgekürzt als H2Pc – sind gegenüber konzentrierter [[Schwefelsäure]] beständig und lassen sich bei 500 °C im [[Vakuum]] [[Sublimierung (Physik)|sublimieren]]. Im Phthalocyanin sind vier Benzo[[pyrrol]]-Einheiten über Stickstoff-([[Aza-]])Brücken miteinander verbunden. Der systematische Name lautet '''Tetrabenzotetraazaporphyrin'''.

== Geschichte ==
Das erste Auftreten eines unbekannten blauen Nebenproduktes ist 1907 beschrieben worden.<ref>A. Braun, J. Tcherniac: ''Über die Produkte der Einwirkung von Acetanhydrid auf Phthalamid'', in: ''[[Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft]]'', 1907, Bd. 40 (2), S. 2709–2714; [[doi:10.1002/cber.190704002202]].</ref>
Heute ist bekannt, dass es sich dabei um ein metall-freies Phthalocyanin handelte.
Die eigentliche Entdeckung des Phthalocyanins als [[Farbmittel]] geschah ebenfalls zufällig, als 1928 im schottischen Werk der Scottish Dyes Ltd. (ICI) in [[Grangemouth]] [[Phthalimid]] aus [[Phthalsäureanhydrid]] und [[Ammoniak]] in emaillierten Eisenkesseln hergestellt werden sollte. An einer Stelle, an der die [[Email]]le bis zum [[Eisen]] abgeplatzt war, hatte sich eine dunkelblaue Substanz gebildet. In nachfolgenden Versuchen wurde erkannt, dass die blaue Farbe nicht nur mit Eisen, sondern auch durch Umsetzung von [[Benzoldicarbonitrile|Phthalodinitril]] mit anderen Metallen wie [[Kupfer]] oder [[Nickel]] bzw. deren [[Salze]]n erhalten werden konnte.

Ein Jahr zuvor hatten ''Henri de Diesbach'' und ''E. von der Weid'' in der Zeitschrift [[Helvetica Chimica Acta]]<ref>H. de Diesbach, E. von der Weid: ''Quelques sels complexes des o-dinitriles avec le cuivre et la pyridine'', in: ''[[Helvetica Chimica Acta]]'', 1927, Bd. 10 (1), S. 886–888; [[doi:10.1002/hlca.192701001110]].</ref> bereits über die Synthese und farbliche Brillanz des [[Kupfer-Phthalocyanin]]s berichtet, ohne jedoch dessen wirtschaftliches Potential als Pigment zu erkennen. Die von [[Reginald Patrick Linstead]] 1933 postulierte [[Porphyrin]]-artige Struktur des Phthalocyanins wurde 1935 von Robertson durch eine Röntgenstrukturanalyse belegt. Damit war klar, dass die Phthalocyanine biologisch relevanten Metallkomplexen wie dem roten Blutfarbstoff [[Häme (Stoffgruppe)|Häm]] oder dem [[Chlorophyll]] der Pflanzen ähneln.

Die kommerzielle Produktion von Kupferphthalocyanin wurde bereits 1934 durch [[Imperial Chemical Industries|ICI]] aufgenommen. Bayer folgte 1936 und brachte die Substanz als [[Kupferphthalocyanin|Heliogenblau B]] auf den Markt. Die bisher verwendeten anorganischen Pigmente [[Ultramarin]] und [[Berliner Blau|Preußisch Blau]] wurden in den folgenden Jahren weitestgehend verdrängt. Später wurde die Palette der Metallphthalocyaninpigmente durch Austausch von Kupfer gegen Kobalt oder Nickel aber auch durch Chlorierung ([[Phthalocyaningrün]]) oder [[Sulfonierung]] (erhöhte Wasserlöslichkeit) des Grundkörpers erweitert.

== Gewinnung und Darstellung ==
[[Datei:pcaufbau.png|mini|200px|links|Aufbau eines Phthalocyanins.]]
[[Datei:Relpor.png|mini|300px|Beziehung von Porphyrin zu Phthalocyanin.]]
[[Datei:pcsynthese.png|mini|300px|Typische Ausgangsverbindungen für die Synthese eines Phthalocyanins.]]
Der Phthalocyanin-Makrozyklus ist aus vier gleichen (Eck-)Bausteinen aufgebaut. Als Synthesestrategie bieten sich daher Ausgangsstoffe an, die diesen Ecken entsprechen. Bei diesen handelt es sich in der Regel um Derivate der [[Phthalsäure]], wie beispielsweise Phthalodinitril, Phthalsäureanhydrid, Phthalimid oder Diiminoisoindol.

=== Herkömmliche Techniken ===
Zum einen können die Salze verschiedener Übergangsmetalle mit Phthalodinitril und Natriummethylat in einem geeigneten Lösungsmittel umgesetzt werden. Zum anderen kann die Umsetzung von elementaren Übergangsmetallen mit 1,3-Diiminoisoindol in Lösung erfolgen. In beiden Fällen wird bei 80–140 °C das entsprechende Metall-Phthalocyanin erhalten, beziehungsweise H2Pc im Falle der Abwesenheit von Metallen oder deren Salzen. Ebenfalls möglich ist die Umsetzung diverser Übergangsmetallsalze mit [[Harnstoff]] und Phthalsäureanhydrid in einem inerten, hoch-siedenden Lösungsmittel unter Verwendung von [[Ammoniumheptamolybdat]] als Katalysator und Tetramethylharnstoff als Promoter. Die Reaktionslösung benötigt hierbei eine Temperatur von 120 bis 250 °C. Die Verwendung anderer Phthalocyanin-Vorstufen ist bei diesem, auch industriell angewendeten, Prozess möglich. In Abwesenheit von Metallen oder deren Salzen wird hierbei ebenfalls H2Pc gebildet.

Bei der Herstellung von Phthalocyanin-Pigmenten können, sofern [[Dichlorbenzole|Di-]] oder [[Trichlorbenzole]] als Lösemittel verwendet werden, [[Polychlorierte Biphenyle|Chlorierte Biphenyle]] als unerwünschte Nebenprodukte entstehen.<ref>Peter Kredel: ''Herstellung und Verwendung von PCB in der chemischen Industrie.'' In: ''[[Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft|Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft]].'' 71, Nr. 1/2, 2011, S. 7–9.</ref>

=== Mikrowellen ===
Für die Synthese von Metall-Phthalocyaninen durch Bestrahlung mit Mikrowellen wird von metallfreien Phthalocyaninen ausgegangen die mit den Zink-, Magnesium-, Kobalt- oder Kupfer-Salzen von Essig- oder Chlorwasserstoffsäure umgesetzt werden. Als Produkt wird hierbei das entsprechende Metall-tetra-''tert''-butylphthalocyanin erhalten. Wichtig für die Reaktion ist ein Reaktionsgemisch frei von jeglichen organischen Lösungsmitteln. Metall-Phthalocyanin-Sandwichkomplexe (MPc2) können nur auf diese Weise hergestellt werden.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht in der Herstellung von CuPc durch die Umsetzung von [[Kupfer(I)-chlorid]] mit Harnstoff und Phthalsäureanhydrid unter Anwesenheit eines Katalysators. Die Ausbeute kann dabei durch die Verwendung höher-energetischer Mikrowellen erhöht werden.

=== Ultraschall ===
Reaktionen unter Ultraschall können bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Die benötigte Zeit variiert dabei von einer Minute bis acht Stunden. Einerseits kann durch die Umsetzung von Phthalonitril mit Kupfer(I)-chlorid in einem geeigneten Lösungsmittel Kupfer-Phthalocyanin erhalten werden. Andererseits ermöglicht die Umsetzung von Kupfer(I)-chlorid mit Dichlorsilikon-Phthalocyanin-Monomeren und einem Natriumchalkogen den Aufbau von poly(phthalocyanato)-Siloxanen [Si(Pc)O]n.

=== Elektrosynthese ===
Das Verfahren der Elektrosynthese stellt ebenfalls eine Möglichkeit dar, bei Raumtemperatur Phthalocyanine darzustellen. Dabei wird unter anderem Phthalonitril an der Anode mit dem jeweiligen Metallsalz in alkoholischer Lösung an der Kathode zur Reaktion gebracht. So können unter Verwendung von Methanol Cu-, Ni-, Co- und der Mg-Phthalocyanin-Komplex hergestellt werden. Die Verwendung von [[Ethanol]] ermöglicht die Synthese des Pb-Phthalocyanins.

=== Bestrahlung (UV/VIS) ===
Die Bestrahlung des Reaktionsansatzes bestehend aus Phthalonitril in einem Alkohol in Anwesenheit von [[Natriummethanolat]] liefert bei Raumtemperatur PcH2.<ref>B. I. Kharisov, U. Ortiz Méndez, J. L. Almaraz Garza, J. R. Almaguer Rodríguez: ''Synthesis of non-substituted phthalocyanines by standard and non-standard techniques. Influence of solvent nature in phthalocyanine preparation at low temperature by UV-treatment of the reaction system'', in: ''[[New J. Chem.]]'', 2005, Bd. 29, S. 686–692; [[doi:10.1039/b415712p]].</ref>

=== Bestrahlung (Laser) ===
Für die Herstellung von Kupfer-Phthalocyanin (CuPc) wird bei dieser Methode ein Kupfer-Target mit einem Laser beschossen. Die herausgeschlagenen Kupferatome können in einen dünnen Film aus 1,3-Diiminoisoindol eingebaut werden, wodurch CuPc erhalten wird.

=== Weitere Methoden ===
Neben den oben in Kürze beschriebenen Methoden bestehen unter anderem auch Möglichkeiten Synthesen bei relativ niedrigen Temperaturen (<100 °C) durchzuführen. Diese überschneiden sich thematisch mit den Elektrosynthesen. Weiterhin ist es möglich, unter anderem auch durch Bestrahlung oder elektrochemische Methoden Phthalocyanin-Radikale herzustellen die unter Luftsauerstoff stabil sind. Als letzte Methode soll, der Vollständigkeit halber, die Darstellung von Phthalocyanin-Komplexen unter Verwendung von radioaktiven Elementen oder radioaktiver Isotope stabiler Elemente genannt werden.

== Verwendung ==
Phthalocyanine finden Anwendung als [[Farbstoff]] (Dye) auf optischen Datenträgern ([[CD-R]]) und als [[Pigment]]e für [[Kunststoff]]e, [[Lack]]e und in der Papierindustrie. Außerdem können sie als Photoleiter in [[Laserdrucker]]n oder als Elektrodenmaterial in [[Brennstoffzelle]]n dienen.
In der chemischen [[Forschung]] wird Phthalocyanin als leicht herstellbare Modellsubstanz für die biologisch wichtigen [[Porphyrin]]e verwendet.
Des Weiteren finden Phthalocyanin-Derivate Anwendung in der [[Photodynamische Therapie|Photodynamischen Therapie]].<ref>A. Hirth, U. Michelsen, D. Wöhrle: ''Photodynamische Tumortherapie'', in: ''[[Chemie in unserer Zeit]]'', 1999, Bd. 33 (2), S. 84–94; [[doi:10.1002/ciuz.19990330204]].</ref> Bei dieser werden Phthalocyanine im Tumorgewebe angereichert und durch Licht ([[Wellenlänge]] 600–800 [[Meter|nm]]) angeregt, wodurch reaktiver [[Sauerstoff#Singulett-Sauerstoff|Singulett-Sauerstoff]] freigesetzt wird. Durch die damit verbundenen Folgereaktionen tritt innerhalb weniger Stunden durch [[Nekrose]] und [[Apoptose]] der Zelltod ein, was im Idealfall nach 4–6 Wochen zur totalen Auflösung des Tumors führt.

== Phthalocyanin-Komplexe ==
Phthalocyanin bildet mit diversen Metallen Komplexe, darunter:
* [[Aluminiumphthalocyanin]]<ref group="S">{{Substanzinfo|Name=Aluminiumphthalocyanin|CAS=47822-79-7|Wikidata=Q72437518}}</ref>
* [[Nickelphthalocyanin]]<ref group="S">{{Substanzinfo|Name=Nickelphthalocyanin|CAS=14055-02-8|Wikidata=Q138527596}}</ref>
* [[Cobalt(II)-phthalocyanin|Cobaltphthalocyanin]]
* [[Eisenphthalocyanin]]<ref group="S">{{Substanzinfo|Name=Eisenphthalocyanin|CAS=132-16-1|Wikidata=Q72484880}}</ref>
* [[Zinkphthalocyanin]]<ref group="S">{{Substanzinfo|Name=Zinkphthalocyanin|CAS=14320-04-8|Wikidata=Q27122468}}</ref>
* [[Kupferphthalocyanin]]
* [[Mangan(II)-phthalocyanin|Manganphthalocyanin]]

== Weblinks ==
* [http://chemicalland21.com/info/PHTHALOCYANINE%20MOLECULES.htm Phthalocyanin Verbindungen (englisch).]
* [http://www.u-bourgogne.fr/spp/ Society of Porphyrins and Phthalocyanines (englisch).]
* [http://www.ch.ic.ac.uk/video/linstead/index.html Sir Patrick Linstead: Phthalocyanines (Video).]

== Einzelnachweise ==
<references />

== Externe Links zu erwähnten Verbindungen ==
<references group="S" />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4225801-7}}

[[Kategorie:Phthalocyanin| ]]
[[Kategorie:Chelatligand]]
[[Kategorie:Organisches Pigment]]

Phthalocyanin - Versionsgeschichte

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