Mgr Maria Hofer



Opiekun naukowy: dr hab. Krzysztof Szczegot, prof. UO

Ftalocyjaniny jako aktywatory procesu utleniania związków siarki

Słowa kluczowe: kataliza, metaloftalocyjaniny, katalizatory hybrydowe, związki siarki, fotosensybilizacja

Cele projektu

Ftalocyjaniny to związki chemiczne należące do strukturalnych analogów porfiryn. Kompleksy ftalocyjaniny z metalami (metaloftalocyjaniny – MPc) mogą mieć różne struktury molekularne, od prostych, zawierających jeden czy dwa niepodstawione ligandy ftalocyjaninowe do złożonych, zawierających dwa lub trzy markocykliczne pierścienie
z dodatkowymi podstawnikami (rys. 1)

Rys. 1. Przykładowe struktury kompleksów ftalocyjanin.

Z budowy metaloftalocyjanin wynikają bezpośrednio właściwości fizykochemiczne tych związków. Wykazują się dużą trwałością termiczną, a także są odporne na działanie wielu kwasów i zasad. Ftalocyjaniny intensywnie pochłaniają światło z zakresu UV oraz czerwonej części widma Vis, stąd zastosowanie podstawowe jako barwniki oraz różnorodne wykorzystanie ich w optyce, fotochemii, elektronice, biochemii i biofizyce. Analiza literaturowa wykazała, że metaloftalocyjaniny mogą znaleźć zastosowanie jako aktywne składniki nowoczesnych układów optoelektronicznych, fotokataliza torów hybrydowych oraz
w medycynie jako fotosensybilizatory drugiej generacji w terapii przeciwnowotworowej (PDT) [1-4].

Procesy utleniania nieorganicznych i organicznych związków siarki, prowadzone
w obecności katalizatorów ftalocyajninowych przebiegają wg mechanizmu zbliżonego do katalizy enzymatycznej [5,6]. Wykazano skuteczność działania metaloftalocyjanin w takich układach reakcyjnych, co jest ważne ze względu na aspekt proekologiczny (zmniejszenie toksyczności związków siarki) [7-9].

Projekt naukowy zakłada zbadanie katalitycznego procesu utleniania wybranych związków siarki z udziałem zsyntezowanych ftalocyjanin, a także zbadanie aktywności katalitycznej katalizatorów hybrydowych nowej generacji wykorzystujących aktywność fotochemiczną ftalocyjaniny oraz fotoaktywnej matrycy – TiO2. Dotychczasowe doniesienia literaturowe sugerują, że układy takie mogą być skuteczne w zastosowaniu do procesów utleniania związków siarki [2,10]. Oczekuje się, że badania te przyczynią się do opracowania katalizatorów o niewielkiej wrażliwości na zatrucia siarką.

Projekt badawczy obejmuje:

  • syntezę kompleksów ftalocyjanin z wybranymi metalami bloku d oraz lantanowcami

  • charakterystykę otrzymanych kompleksów

  • badanie wpływu wybranych metaloftalocyjanin na kinetykę reakcji utlenienia związków siarki zarówno w rozpuszczalnikach wodnych jak i niewodnych

  • badanie aktywności katalitycznej otrzymanych metaloftalocyjanin raz aktywności układów hybrydowych typu MPc-TiO2


Planowane metody i narzędzia badawcze


W badaniach podstawowych zsyntezowanych ftalocyjanin oraz układów katalitycznych
z ich udziałem planuje się wykorzystanie następujących metod:

  • spektroskopia UV-Vis-NIR (w tym odbiciowa, DRS)

  • FTIR

  • spektroskopia piko sekundowa (współpraca z Centrum Ultraszybkiej Spektroskopii Laserowej UAM w Poznaniu)

  • spektroskopia emisyjna (Vis) (wspołpraca z UAM w Poznaniu)

  • SEM i XRD (współpraca z AGH w Krakowie)

  • spektroskopia mas, w tym w technice MALDI-TOF

  • różne metody chromatograficzne

  • klasyczne metody analiz związków nieorganicznych i organicznych


Wpływ realizacji projektu na wzrost innowacyjności gospodarki regionu poprzez zintensyfikowanie powiązań między nauką i przemysłem, w tym określenie możliwości zastosowania wyników badań w konkretnym sektorze bądź przedsiębiorstwie.


Zgodnie z dokonaną analiza literaturową do tej pory nie dokonano wnikliwego opisu kinetyki i mechanizmu procesu utleniania związków siarki z udziałem ftalocyjaniny (dane literaturowe dotyczą wybranych układów reakcyjnych – najczęściej tioli [5-8]). Innowacyjność projektu polega na syntezie nowych kompleksów ftalocyjanin z wybranymi metalami, charakterystyce ich właściwości fizykochemicznych oraz zbadaniu otrzymanych kompleksów
w charakterze katalizatorów w procesie utleniania związków siarki w różnych układach (wodnych i niewodnych, homogenicznym i heterogenicznym) oraz innych związków
np. pochodnych fenoli.

W roku akademickim 2011-2012 zakres badań obejmuje:

  • syntezę kompleksów ftalocyjanin z wybranymi metalami

  • charakterystykę fizykochemiczną otrzymanych metaloftalocyjanin

  • syntezę nanoproszków TiO2 – składnika katalizatorów hybrydowych

  • otrzymanie katalizatorów hybrydowych na bazie nanotlenków TiO2 i kompleksów ftalocyjanin

Z przeprowadzonych badań będzie przygotowany komunikat konferencyjny oraz publikacja.

Prowadzone badania zmierzają do przygotowania pod koniec IV roku Studium Doktoranckiego zgłoszenia patentowego z zakresu katalizy z wykorzystaniem układów hybrydowych zawierających aktywatory ftalocyjaninowe.

W praktyce otrzymane wyniki, mogą znaleźć zastosowanie w opracowaniu katalizatorów o obniżonej wrażliwości na zatrucie siarką, ponadto w ochronie środowiska w procesie utleniania tioli zawartych w wodzie [2, 3], a także w skali laboratoryjnej – możliwość zwiększenia skuteczności wielu syntez chemicznych, których zasadniczy etap jest związany
z reakcją utleniania składnika zawierającego atomy siarki.



Literatura:

1. J. Simon, J.J. Andre, Molecular semiconductor, Springer Verlag, Berlin, 1985

2. G. Mele, E. Garcia-Lopes, L. Palmisano, G. Dyrda, R. Słota, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 6581-6588

3. R. Słota, G. Dyrda, K. Szczegot, G. Mele, I. Pio, Photochem. Photobiol. Sci., 2011, DOI:10.1039/C0PP00160K

4. R. Bonnett, New Sci., 1989, 55-58

5. Y. Yang i in., Inorg. Chem. 1985, 24, 1765-1769

6. H. Tsuiki i in., Polymer, 1996, 37, 3637-3642

7. E. M. Typochkin, E. I. Kozliak, J. Mol. Catal. A., 2005, 242, 1,17

8. J. Nackiewicz i in., Ecol. Chem. Eng. S., 2007, 14, 241-247

9. R. Słota, G. Dyrda, K. Szczegot, Catal. Lett., 2008, 126, 247-252

10. G. Palmisano, E. Garcia-Lopez, G. Marci, Chem. Comm., 2010, DOI: 10.1039/c0cc02087g





dol