Electrochemical behavior of complexes of cobalt and zinc methoxyphenoxyphthalocyanines

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The electrochemical behavior of a number of isomers of methoxyphenoxy derivatives of cobalt phthalocyanine {CoPc[4-(x-OСH3OPh)]4 and CoPc[3-(x-OСH3OPh)]4, where x = 4/, 3/, or 2/} in an aqueous alkaline solution and ZnPc[4-(x-OСH3OPh)]4, where x = 4/, 3/, or 2/ in a CH2Cl2 medium was studied for the first time using cyclic voltammetry. A comparative analysis of the electrochemical behavior and changes in the electrocatalytic activity of cobalt phthalocyanines in the reaction of molecular oxygen electroreduction depending on the functional substitution in the macrocycle molecule is given. It is shown that for the compounds {CoPc[4-(x-OСH3OPh)]4 and CoPc[3-(x-OСH3OPh)]4} the processes of oxidation (Co 2+ ↔ Co3+) and reduction of the central metal ion (Co2+ ↔ Co1+) are recorded, as well as two successive one-electron stages of electroreduction of the phthalocyanine ligand. It is established that the studied cobaltphthalocyanine derivatives are quite effective systems for the process of electroreduction of molecular oxygen. For ZnPc[4-(x-OСH3OPh)]4, where x = 4/, 3/or 2/, the formation of polyphthalocyanine films was detected in the process of electrooxidation of monomers in dichloromethane.

About the authors

A. E. Rassolova

Ivanovo State University of Chemical Technology, Research Institute of Macroheterocyclic Compounds

153000, Sheremetevsky Ave., 7, Ivanovo, Russia

N. M. Berezina

Ivanovo State University of Chemical Technology, Research Institute of Macroheterocyclic Compounds

Email: sky_berezina@rambler.ru
153000, Sheremetevsky Ave., 7, Ivanovo, Russia

M. I. Bazanov

Ivanovo State University of Chemical Technology, Research Institute of Macroheterocyclic Compounds

153000, Sheremetevsky Ave., 7, Ivanovo, Russia

V. E. Maizlish

Ivanovo State University of Chemical Technology, Research Institute of Macroheterocyclic Compounds

153000, Sheremetevsky Ave., 7, Ivanovo, Russia

M. V. Tesakova

G. A. Krestov Institute of Solution Chemistry of the Russian Academy of Sciences

153045, Akademicheskaya St., 1, Ivanovo, Russia

V. I. Parfenyuk

G. A. Krestov Institute of Solution Chemistry of the Russian Academy of Sciences

153045, Akademicheskaya St., 1, Ivanovo, Russia

References

  1. Шапошников, Г.П., Кулинич, В.П., Майзлиш, В.Е. Модифицированные фталоцианины и их структурные аналоги / под ред. О.И. Койфмана. М.: Красанд, 2012. 480 с. [Shaposhnikov, G.P., Kulinich, V.P., and Maizlish, V.E., Modifitsirovannye ftalotsianini i ih strukturnye analogi (in Russian)/ Ed. by O.I. Koifman. M.: Krasand, 2012. 480 p.]
  2. Березин, Б.Д. Координационные соединения порфиринов и фталоцианина, М.: Наука, 1978. 280 с. [Berezin, B.D., Koordinatsionnye soedineniya porfirinov and ftalotsianina (in Russian). Moscow: Nauka, 1978. 280 p.]
  3. Hamad, O.A., Kareem, R.O., and Omer, P.K., Properties, Characterization, and Application of Phthalocyanine and Metal Phthalocyanine, J. Chem. Rev., 2024, vol. 6, no. 1, p. 39.
  4. Данилова, Е.А., Галанин, Н.Е., Исляйкин, М.К., Майзлиш, В.Е., Березина, Г.Р., Румянцева, Т.А., Суворова, Ю.В., Знойко, С.А., Кустова, Т.В. Достижения в области химии макрогетероциклических соединений на кафедре технологии тонкого органического синтеза. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 7. С. 111. [Danilova, E.A., Galanin, N.E., Islyaikin, M.K., Maizlish, V.E., Berezina, G.R., Rumyantseva, T.A., Suvorova, Yu.V., Znoiko, S.A., and Kustova, T.V., Achievements in the field of chemistry of macroheterocyclic compounds at the depariment of technology of fine organic synthesis, Russ. lzv. Vssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol., 2023, vol. 66, no. 7, p. 111.]
  5. Gao, Y., Zhang, R., Xiang, Z., Yuan, B., Cui, T., Gao, Y., and Zhang, Z., Theoretical insights into photocatalytic CO2 reduction on Palladium phthalocyanine, Chem. Phys. Lett., 2022, vol. 803, p. 139812.
  6. Li, D., Cai, S., Wang, P., Cheng, H., Cheng, B., Zhang, Y., and Liu, G., Innovative design strategies advance biomedical applications of phthalocyanines, Adv. Healthcare Mater., 2023, vol. 12, no. 22, p. 2300263.
  7. Santos, K.L.M., Barros, R.M., da Silva Lima, D.P., Nunes, A.M.A., Sato, M.R., Faccio, R., and Oshiro-Junior, J.A., Prospective application of phthalocyanines in the photodynamic therapy against microorganisms and tumor cells: A mini-review, Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 2020, vol. 32, p. 102032.
  8. Cranston, R.R. and Lessard, B.H., Metal phthalocyanines: Thin-film formation, microstructure, and physical properties, RSC Аdvances, 2021, vol. 11, no. 35, p. 21716.
  9. Смирнова, А.И., Кулев, В.А., Рассолова, А.Е., Майзлиш, В.Е., Холодков, И.В., Яблонский, С.В., Тихомирова, Т.В., Александрийский, В.В., Абрамов, И.Г., Глуховской, Е.Г., Усольева, Н.В. Тетра-4-(4’-метоксифенокси)-фталоцианин меди: синтез, метоморфизм, спектральные и фотофизические свойства тонких пленок. Жидкие кристаллы и их практ. использование. 2022. Т. 22. № 4. C. 37. [Smimova, A.I., Kulev, V.A., Rassolova, A.E., Maizlish, V.E., Kholodkov, I.V., Yablonskii, S.V., Tikhomirova, T.V., Aleksandriiskii, V.V., Abramov, I.G., Glukhovskoy, E.G., and Usol’tseva, N.V., Tetra-4-(4’-methoxyphenoxy)-phthalocyanine copper complex: synthesis, mesomorphism, spectral and photophysical properties of thin films, Russ. Liq. Cryst. and their Appl., 2022, vol. 22, no. 4, p. 37.]
  10. Berezina, N.M., Bazanov, M.I., and Maizlish, V.E., Electrochemical Properties of Tetrasubstituted Cobalt Phthalocyanines with Fragments of Benzoic Acid, Russ. J. Electrochem., 2018, vol. 54, no. 11, p. 873.
  11. Kumar, A., Vashistha, V.K., and Das, D.K., Recent development on metal phthalocyanines based materials for energy conversion and storage applications, Coordinat. Chem. Rev., 2020, vol. 431(2017):213678.
  12. Monama, G.R., Modibane, K.D., Ramohlola, K.E., Molapo, K.M., Hato, M.J., Makhafola, M.D., Mashao, G., Mdluli, S.B., Iwuoha, E.I., et al., Copper (II) phthalocyanine/metal organic framework electrocatalyst for hydrogen evolution reaction application, Intern. J. Hydrogen Energy, 2019, vol. 44, no. 34, p. 18891.
  13. Yang, S., Yu, Y., Gao, X., Zhang, Zh., and Wang, F., Recent advances in electrocatalysis with phthalocyanines, Chem. Soc. Rev., 2021, vol. 50, no. 23, p. 12985.
  14. Майзлиш, В.Е. Каталитические свойства сульфо- и карбоксифталоцианинов / отв. ред. д-р хим. наук, проф. О.А. Голубчиков. Успехи химии порфиринов. Т. 4. СПб.: НИИ химии СПбГУ, 2004. Гл. 16. С. 327–355. [Maizlish, V.E., Catalytic properties of sulfo- and carboxyphthalocyanines / ed. by Dr. of Chemical Sciences, Prof. O.A. Golubchikov, Advances in Porphyrin Chemistry, vol. 4, St. Petersburg: Research Institute of Chemistry, St. Petersburg State University, 2004, chapter 16, p. 327–355.]
  15. Величко, А.В., Майзлиш, В.Е., Шапошников, Г.П., Смирнов, Р.П. Металлофталоцианины – гетерогенные катализаторы восстановления оксидов азота аммиаком. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1993. Т. 36. Вып. 2. С. 47. [Velichko, A.V., Maizlish, V.E., Shaposhnikov, G.P., and Smirnov, R.P., Metallophthalocyanines – heterogeneous catalysts for the reduction of nitrogen oxides with ammonia, Russ. lzv. Vssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol., 1993, vol. 36, issue 2, p. 47.]
  16. Hiromu, Nakamura, Kouki, Sugiyama, Kazuchika, Ohta, and Mikio, Yasutake, Phthalocyanine-based discotic liquid crystals switching from a molten alkyl chain type to a flying-seed-like type, J. Mater. Chem. C., 2017, vol. 5, p. 7297.
  17. Miho, Yoshioka, Kazuchika, Ohta, and Mikio, Yasutake, Flying-seed-like liquid crystals. Part 4:† a novel series of bulky substituents inducing mesomorphism instead of using long alkyl chains, RSC Adv., 2015, vol. 5, p. 13828.
  18. Wataraia, A., Ohta, K., and Yasutake, M., Flying-seed-like mesogens 6†: Synthesis and mesomorphism of phthalocyanine derivatives substituted by pentafluorosulfanylphenoxy group, J. Porphyrins and Phthalocyanines, 2016, vol. 20, p. 822.
  19. Базанов, М.И., Филимонов, Д.А., Волков, А.В., Койфман, О.И. Макрогетероциклические соединения: Электрохимия, электрокатализ, термохимия. М.: Ленанд, 2016. 320 с. [Bazanov, M.I., Filimonov, D.A., Volkov, A.V., and Koyfman, O.I., Makrogeretsiklicheskiye soyedineniya: Elektrokhimiya, elektrokataliz, termokhimiya. Moscow: Lenand, 2016, 320 p.]
  20. Тесакова, М.В., Носков, А.В., Базанов, М.И., Березина, Н.М., Парфенюк, В И. Кинетические параметры процесса электровосстановления кислорода на углеграфитовом электроде, активированном производными тетрафенилпорфина. Журн. физ. химии. 2012. Т. 86. № 1. С. 13. [Tesakova, M.V., Noskov, A.V., Parfenyuk, V.I., Bazanov, M.I., and Berezina, N.M., Kinetic parameters of the electroreduction of oxygen on a graphitized carbon electrode activated by tetrakis(4-methoxyphenyl)porphyrin and its cobalt complexes, Russ. J. physical chemistry A, 2012, vol. 86, iss. 1, p. 9.]
  21. Erzunov, Dmitry, Rassolova, Anastasia, Botnar, Anna, Tonkova, Svetlana, Rumyantsev, Roman, Maizlish, Vladimir, Aleksandriskii, Viktor, and Vashurin, Arthur, The influence of methoxy-group position on thermal stability and properties of novel isomeric 4-[(methoxy)phenoxy] phthalonitriles and phthalocyanine complexes based on them, Dyes and Pigments, 2023, vol. 219, p. 111600.
  22. Do, N.M., Berezina, N.M., Bazanov, M.I., Gyseinov, S.S., Berezin, M.B., and Koifman, O.I., Electrochemical behavior of a number of bispyridyl-substituted porphyrins and their electrocatalytic activity in molecular oxygen reduction reaction, J. Porphyrins and Phthalocyanines, 2016, vol. 20, no. 5, p. 615.
  23. Davis, R.E., Horvath, G.L., and Tobias, C.W., The solubility and diffusion coefficient of oxygen in potassium hydroxide solutions, Electrochim. Acta, 1967, vol. 12, p. 287.
  24. Майрановский, В.Г. Электрохимия порфиринов, Порфирины: спектроскопия, электрохимия, применение / под ред. Н.С. Ениколопяна. М.: Наука, 1987. С. 127. [Mayranovskiy, V.G., Elektrokhimiya porfirinov, Porfiriny: spektroskopiya, elektrokhimiya, primeneniye / Ed. N.S. Yenikolopyan. Moscow: Nauka, 1987, p. 127.]
  25. Beck, F., The redox mechanism of the chelate-catalysed oxygen cathode, J. Appl. Electrochem., 1977, no. 7, p. 239.
  26. Базанов, М.И., Петров, А.В., Жутаева, Г.В., Турчанинова, И.В., Андриевски, Г., Евсеев, А.А. Оценка электрокаталитической активности макрогетероциклических комплексов в реакции электровосстановления молекулярного кислорода с использованием метода циклической вольтамперометрии. Электрохимия. 2004. Т. 40. C. 1396. [Bazanov, M.I., Petrov, A.V., Zhutaeva, G.V., Turchaninova, I.V., Andrievski, G., and Evseev, A.А., Electrocatalytic activity of macroheterocyclic complexes in the molecular oxygen electroreduction: A cyclic voltammetry estimate, Russ. J. Electrochem., 2004, vol. 40, p. 1198.]
  27. Kuzmin, S.M., Chulovskaya, S.A., Tesakova, M.V., Semeikin, A.S., and Parfenyuk, V.I., Solvent and electrode influence on electrochemical forming of poly-Fe(III)-aminophenylporphyrin films, J. Porphyrins Phthalocyanines, 2017, vol. 21, p. 555.
  28. Tesakova, M.V., Semeikin, A.S, and Parfenyuk, V.I., Electroconductive films based on amino-substituted tetraphenylporphyrins and their metal copper complexes, J. Porphyrins Phthalocyanines, 2016, vol. 20, p. 793.
  29. Тесакова, М.В., Парфенюк, В.И. Влияние природы мономера на процессы электрополимеризации и физико-химические свойства пленок на основе гидроксифенилпорфиринов. Перспективные материалы. 2021. № 3. С. 30. [Tesakova, M.V. and Parfenyuk, V.I., Influence of the nature of monomer on electropolymerization processes and physical and chemical properties of films based on hydroxy-substituted tetraphenylporphyrins, Inorganic Materials: Applied Research, 2021, vol. 12, no. 5, p. 1294.]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».