Realizzazione del Blu di Ftalocianina — Il complesso di rame che è diventato il blu pigmento più usato al mondo

Questa sintesi richiede un riscaldamento prolungato a 200 °C in un solvente che rilascia ammoniaca e vapori organici. Allestire in una cappa aspirante o all'aperto con il vento alle spalle. Indossare occhiali protettivi per schizzi chimici, guanti resistenti al calore, un camice da laboratorio e un respiratore con cartucce per vapori organici. Tenere a portata di mano un estintore: il solvente è infiammabile a temperature elevate.

Pesare 15 g di anidride ftalica — scaglie cristalline bianche con un caratteristico odore pungente e acre. Questo è il building block dell'anello della ftalocianina: quattro unità ftaliche ciclizzeranno per formare la molecola macrociclica del pigmento. L'anidride ftalica è un sensibilizzante respiratorio — maneggiarla in cappa aspirante ed evitare di inalare la polvere.

Pesare 20 g di urea — granuli cristallini bianchi. L'urea svolge un duplice ruolo: è la fonte di azoto che fornisce i quattro atomi di azoto a ponte dell'anello della ftalocianina, e la sua decomposizione termica a 130–180 °C genera ammoniaca che guida la reazione di ciclizzazione. Il grande eccesso garantisce la completa reazione di tutte e quattro le unità ftaliche.

Pesare 3 g di cloruro di rame(II) anidro, una polvere giallo-bruna. Questo fornisce l'atomo centrale di rame attorno al quale si assemblano le quattro unità ftaliche. La ftalocianina di rame è di gran lunga la più stabile e la più vivida delle metallo-ftalocianine: lo ione rame si inserisce perfettamente nella cavità dell'anello macrociclico, creando un complesso eccezionalmente stabile.

Pesare 0,5 g di molibdato di ammonio — un sale cristallino bianco. Questo è il catalizzatore che accelera drasticamente la reazione di ciclizzazione. Senza di esso, la reazione richiede temperature molto più elevate e tempi più lunghi, producendo rese inferiori e più impurità. Lo ione molibdato facilita la chiusura dell'anello coordinando i frammenti intermedi di isoindolina.

Aggiungere tutte e quattro le polveri secche — anidride ftalica, urea, cloruro di rame e molibdato di ammonio — in un pallone a fondo tondo da 500 ml o in un recipiente profondo in acciaio inossidabile. Mescolare accuratamente con una bacchetta di vetro. La miscela deve essere una polvere uniforme di colore giallo-verdastro pallido. Il recipiente deve resistere al riscaldamento prolungato a 200 °C.

Aggiungere 50 ml di nitrobenzene alle polveri miscelate. Il nitrobenzene (p.eb. 211 °C) funge sia da solvente sia da ossidante: mantiene la miscela di reazione fluida a 200 °C e contribuisce a ossidare l'intermedio a ftalocianina completamente aromatica. Mescolare fino a quando le polveri sono bagnate e formano una pasta densa. Il nitrobenzene è tossico per inalazione e assorbimento cutaneo: maneggiarlo solo in cappa aspirante.

Posizionare il recipiente su un bagno di sabbia o un bagno d'olio sulla piastra riscaldante. Riscaldare gradualmente, aumentando la temperatura di circa 10 °C ogni cinque minuti. A 120–130 °C, l'urea inizia a decomporsi, liberando ammoniaca gassosa. La miscela inizia a gorgogliare vigorosamente. L'ammoniaca fornisce gli atomi di azoto che collegheranno le quattro unità ftaliche. Mescolare di tanto in tanto: la miscela si addensa man mano che la reazione inizia.

Continuare a riscaldare a 180–200 °C. A questa temperatura, i frammenti ftalici si ciclizzano attorno allo ione rame, assemblando l'anello macrociclico quattro unità alla volta. La miscela passa gradualmente dal giallo-verdastro al verde-blu intenso man mano che si forma il complesso ftalocianinico. Lo sviluppo di ammoniaca diminuisce. Mescolare ogni dieci minuti per evitare che il prodotto si compatti sul fondo del recipiente.

Mantenere la temperatura a 190–200 °C per tre ore complete. La miscela si scurisce progressivamente da verde-blu a un blu intenso, quasi nero — il colore caratteristico della ftalocianina di rame concentrata. Al termine delle tre ore, la reazione è sostanzialmente completa. Lo sviluppo di ammoniaca si è interrotto e la miscela è una pasta densa blu-nero scuro sospesa nel solvente.

Rimuovere il recipiente dal calore e lasciarlo raffreddare fino a 80 °C. Aggiungere 100 ml di metanolo per diluire la miscela — la ftalocianina grezza è praticamente insolubile in metanolo, quindi il solvente allontana il nitrobenzene e gli eventuali sottoprodotti solubili. Mescolare accuratamente. La miscela è ora una sospensione blu scuro in un liquido marrone chiaro e limpido.

Filtra la sospensione attraverso carta da filtro in un imbuto. Il pigmento blu intenso si raccoglie sulla carta da filtro. Il filtrato è un liquido bruno contenente nitrobenzene disciolto, materiali non reagiti e sottoprodotti — smaltire come rifiuti di solventi organici. Il pannello di filtrazione dovrebbe essere una massa scura, quasi blu-nera. Lavare con 200 ml di acqua calda per rimuovere i sali inorganici.

Riportare il pannello di filtrazione in un becher e aggiungere 200 ml di acido cloridrico diluito (10% HCl). Mescolare per 20 minuti a 60 °C. L'acido scioglie qualsiasi cloruro di rame non reagito e i composti di rame liberi senza influire sull'estremamente resistente complesso di ftalocianina. La ftalocianina di rame resiste all'acido solforico concentrato in ebollizione: l'HCl diluito non le è dannoso. Filtrare di nuovo e lavare con acqua calda fino a che il filtrato risulti neutro al pH.

Riporre il pigmento lavato con acido nel becher e aggiungere 200 ml di idrossido di sodio diluito (5% NaOH). Mescolare per 20 minuti a 60 °C. Questo dissolve eventuali residui di acido ftalico e altri sottoprodotti acidi organici. Filtrare nuovamente e lavare con acqua distillata calda fino a che il filtrato risulti neutro. Il pigmento purificato dovrebbe ora presentare un blu pulito e intenso.

Stendere il pannello di filtrazione lavato su una lastra di vetro pulita e asciugare a 100 °C per 4–6 ore. A differenza della maggior parte dei pigmenti organici, il blu di ftalocianina è termicamente stabile fino a oltre 500 °C — l'essiccazione in forno non comporta alcun rischio. Il pigmento essiccato si presenta come una massa dura di colore blu-nero scuro, che appare quasi nera in grandi quantità ma rivela un blu intenso e vivido quando viene steso in strato sottile.

Trasferire la massa essiccata in un mortaio di porcellana e macinare energicamente. Il blu di ftalocianina è estremamente duro per un pigmento organico: richiede un impegno prolungato per essere ridotto in polvere fine. Man mano che la dimensione delle particelle diminuisce, il colore si trasforma in modo drastico: i cristalli massivi appaiono blu scuro tendente al nero, mentre la polvere finemente macinata è un blu-ciano vivido e intenso. Il potere colorante diventa evidente quando una quantità minima colora un grande volume di vernice bianca. Setacciare attraverso un setaccio da 120 mesh.

Trasferire il pigmento setacciato in un barattolo di vetro con coperchio a tenuta. Etichettare con il nome del pigmento (Blu di Ftalocianina, PB15, CI 74160), la data e una nota sulle sue proprietà eccezionali: solidità alla luce ASTM I (eccellente), stabilità al calore fino a 500 °C, resistenza ad acidi, alcali e tutti i solventi comuni. Resa prevista da 15 g di anidride ftalica: circa 8–12 g di pigmento finito. Questa singola molecola — la ftalocianina di rame — rappresenta, in tonnellaggio, più pigmento blu di tutti gli altri pigmenti blu messi insieme.