Binuclear Phthalocyanines: synthesis, characterisation and optical limiting properties

Abstract

One objective of this work is the synthesis and full characterization of binuclear metal phthalocyanines 12-15 containing the same metal or different metals e. g. Ni and Cu in the same molecule (14 and 15), as well as to obtain unsymmetrically substituted binuclear PcM's 12 and 14. Compounds 12 and 13 were synthesized with Ni as central metal in both cavities. Copper and nickel where found to be convenient for the purpose, since both have good chelating and stabilizing properties for the formed phthalocyanines. Other accomplished objective is the design of binuclear metal phthalocyanines in order to achieve effective optical limiting materials, namely with In (22) or Ga (23) as central metals, using the same approach as described for the synthesis of Ni/Ni and Ni/Cu binuclear Pc's. Octasubstituted phthalocyanines with electron donating substituents and GaCl and InCl as central moieties for optical limiting purposes are also synthesized, in order to compare with the "state of art" molecule (tBu4)PcInCl. Due to the synthetic difficulties, the last element of this group, namely Thallium (Tl) has not been studied so far, except in one case. For the first time we synthesized an octaalkoxy substituted thallium–Pc–compound, namely (RO)8PcTlX with R = 2-ethylhexyl and X = OCOCF3 (28), as well as (RO)8PcInCl (26) and (RO)8PcGaCl (27). The optical limiting (OL) properties of the In/In binuclear Pc 22 are also studied. The OL effect of 22 in toluene has been studied at the wavelength 532 nm with nanosecond laser pulses by means of the Z-scan technique. Z-scan profiles of 22 in solution have been determined both in the open and closed aperture configurations.

Ein Ziel dieser Arbeit war die Synthese und die vollständige Charakterisierung von binukleare Metallphthalocyanine 12-15 mit gleichen oder verschiedenen Metallatome, Z. B. Ni und Cu im gleichen Molekül (14 and 15), sowie unsymmetrisch substituierte binukleare PcM 12 and 14. Hierbei sind die Ni und Cu Pc's, aufgrund ihrer chelatbildenten und stabilisierenden Eigenschaften der Metallatome, besondere gut geeignet. Ein weiteres Ziel war es binukleare Metallphthalocyanine zu entwickeln, welche effektive optical limiting (OL) Eigenschaften besitzen. Hierzu zählen Pc's welche In (22) oder Ga (23) als Zentralmetall besitzen. Diese werden durch die gleiche Vorgehensweise, wie bei Ni/Ni bzw. Ni/Cu synthetisiert. Weitere octasubstituierten Phthalocyanine mit Elektronendonor Substituenten und GaCl oder InCl als zentrale Metalle [(RO)8PcInCl (26) und (RO)8PcGaCl (27)] wurden auch synthetisiert, und mit dem "state of art" Molekül (tBu4)PcInCl verglichen. Aufgrund synthetischer Schwierigkeiten, wurde das letzte Element dieser Hauptgruppe, nämlich Thallium (Tl) noch nicht exploriert, außer in einem Fall. Erstmalig ist es uns gelungen ein octaalkoxy TlPc herzustellen, das (RO)8PcTlX mit R = 2-ethylhexyl und X = OCOCF3 (28),. Im Speziellen wurden die OL Eigenschaften von dem In/In binuklear Pc 22 untersucht. Die OL Eigenschaften von 22 in Toluol wurde bei einer Wellenlänge von 532 nm und Nanosekunden Laserimpulsen, mittels dem Z-scans Verfahren ermittelt.