金属酞菁的合成及表征
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金属酞菁的合成及表征
摘 要：
以邻苯二甲酸酐、无水CoCl2、尿素为原料，以(NH4)2MoO4为催化剂，采用金属模版法合成酞菁钴，提纯后，产物再用紫外可见光谱进行表征。
关键词 ：
酞菁钴 提纯 紫外可见光谱
一. 前言：
酞菁类化合物是四氮大环配体的重要种类，具有高度共轭π体系。他能与金属离子形成金属酞菁配合物，其分子结构式如图。这类配合物具有半导体、光电导、光化学反应活性、荧光、光记忆等特性。金属酞菁是近年来广泛研究的经典金属类大环配合物中的一类，其基本结构和天然金属卟啉相似，具有良好的热稳定性，因此金属酞菁在光电转换、催化活性小分子、信息存储、生物模拟及工业染料等方面有重要的应用。金属酞菁的合成方法主要是模版法，即通过简单配体单元与中心金属离子的配位作用，然后再结合成金属大环配合物，金属离子起模版作用。
二．实验部分：
A.主要试剂、仪器
邻苯二甲酸酐 尿素 钼酸铵 无水CoCl2 煤油 无水乙醇 2%盐酸 蒸馏水
台秤 研钵 三颈瓶（250ml） 空气冷凝管 圆底烧瓶 铁架台 玻璃棒
可控温电热套 电炉 抽滤装置
B.实验步骤
1. 称取邻苯二甲酸酐5.6g，尿素9.0g和钼酸铵0.5g与研钵中研细后加入0.9g无水氯化钴，混匀后马上移入250ml三颈瓶中，加入70ml煤油，加热（190℃）回流2h左右，在溶液由蓝色变为紫红色后停止加热，冷却至70℃左右，加入10~15ml无水乙醇稀释后趁热抽滤。
2. 将滤饼加入2%盐酸煮沸后趁热抽滤，再将滤饼加入去离子水煮沸后抽滤，滤饼再加入碱液煮沸抽滤，重复上述步骤2~3次，直至滤液接近无色。
3. 将产品放在表面皿上在70℃真空干燥6h，干燥好后取少量样品溶于二甲基亚砜中，做紫外可见光谱分析。
三．结果与讨论：
A.原料：邻苯二甲酸酐5.6g，尿素9.0g，钼酸铵0.5g，0.9g无水氯化钴
产品:酞菁钴2.00g 产率：50.3%
B.现象分析
1. 在回流过程中空气冷凝管和三颈瓶的上部出现了白色的结晶，但是溶液却一直沸腾，触摸三颈瓶上部发现温度很低。白色结晶应该为尿素晶体，溶液沸腾但是三颈瓶上部还是出现
结晶主要原因是加热温度不够高，蒸汽量少，没有进入空气冷凝管前一部蒸汽就因为和三颈瓶壁接触冷凝出现尿素晶体。
2. 在一次抽滤后剥离滤饼时发现产品中有一小片滤纸，分析原因为煮沸后没有冷却到合适的温度，由于温度太高，导致滤纸强度下降，在剥离时滤纸破裂，以后的抽滤一定要注意溶液温度。
3. 前两次抽滤过程中发现滤液颜色较深，在用70%工业乙醇作为洗涤剂抽滤后再用酸、碱、去离子水抽滤后滤液接近无色，达到要求。滤液为黄色的原因主要是因为回流时用的溶剂为煤油，煤油不溶于酸碱还有水，但溶于乙醇，用乙醇洗涤后可以去除煤油。
4. 产品烘干后发现有一部分人的产品为蓝色，有的只有少量的紫色晶体，大部分为蓝色，原因可能是有很多人没有用乙醇洗脱煤油。
5.附图：
图中有两个特征峰，分别为326nm和655nm处，其中655nm波长吸收峰和资料中所给的范围700~800nm有一定的出入，这是因为Q带容易受中心离子和酞菁环的变化如取代、加氢等，还有溶剂的影响。
四．思考题：
1.在合成产物过程中应注意那些问题？
答：①应注意在加入无水氯化钴后应该迅速的混匀并加入三颈瓶中，马上加入煤油，防止吸收空气中的水分，三颈瓶应该提前干燥好。②回流一定要等到溶液由蓝色变为紫红色后再停止。③在抽滤时应等到溶液冷却到合适的温度后抽滤，防止滤纸破裂。④重复抽滤一定要等到滤液颜色接近无色时再停止，否则杂质太多，影响后面的表征。
2.在用乙醇和丙酮处理粗产品时主要能除去那些杂质?产品的提纯中你认为是否有更优的方法？
答：用乙醇和丙酮主要是出去粗产品中的煤油。因为丙酮有毒，但是煤油即可以溶于乙醇和丙酮，所以更好的方法就是只用乙醇处理，可以达到同样的效果又避免的对人的危害。
3.如何处理实验过程中产生的废液？不经处理的废液直接倒入水槽后将会造成那些危害?
答：实验过程中产生的废液应该按废液的性质分类倒入废液缸中回收利用或者进行无害处理。不经处理的废液如果直接倒入水槽，由于含有酸碱，会腐蚀下水管路系统，还含有煤油成分，在下水道聚集积累有火灾隐患，还有重金属离子会污染土壤和地下水，总之会对环境和安全造成很大威胁。
4.从酞菁钴的红外和紫外可见光谱可以得出那些信息？酞菁钴的热稳定性如何？它在受热时是否发生晶型转变？
答：从酞菁钴的紫外可见光谱可以得出的结论有B带一般受影响较小，但是Q带容易受中心离子和酞菁环的变化如取代、加氢等，还有溶剂的影响。金属酞菁的热稳定性良好，一般都在几百摄氏度以上。有一部分金属酞菁会在受热时发生晶型转变，比较容易发生晶型转变的有锌酞菁、铜酞菁、自由酞菁等。
